Maandur (kosmoseaparaat)

Maandur on kosmoseaparaat, mis on mõeldud maandumiseks taevakehale.

Apollo 16 maandur

Maandureid kasutatakse tehnika, seadmete ja inimeste taevakehade pinnale viimiseks. Nende tööpõhimõte seisneb pehmes maandumises, mille järel jääb aparaat ise ja pardal olev last terveks erinevalt kokkupõrke sondist, mille kokkupõrge taevakeha pinnaga toimub palju suuremal kiirusel. Selliste kokkupõrgete eesmärk on pinnale jõuda ja pinnale jõudmise käigus võimalikult palju andmeid koguda ja edastada.

Tööpõhimõte

Atmosfääriga taevakehade puhul toimub maandumine pärast atmosfääri sisenemist. Sellistel juhtudel on maandur kõigepealt atmosfääri sisenemise või taassisenemise sõiduk ning võib kiiruse pidurdamiseks ja stabiliseerimiseks kasutada langevarje, lisaks peab atmosfääri sisenemisel kasutama kuumakilpi. Vahetult enne lõplikku maandumist kasutatakse tihtipeale väikeseid maandumisrakette e retrorakette kiiruse pidurdamiseks. Pehme maandumise puhul toimub maandumine kontrollitud laskumisena telikule või täispuhutavale õhkpadjale. Atmosfäärsete taevakehade puhul ei ole võimalik kiiruse pidurdamiseks kasutada langevarje, samas ei ole vaja ka kasutada kuumakilpi ja ei pea arvesse võtma atmosfääri sisenemise nurka. Atmosfäärita maandumiste puhul võib (aga ei pea) kosmoseaparaat liikuda otse taevakeha pinna suunas ja kiiruse pidurdamiseks kasutatakase ainult retrorakette. Lõplik maandumine toimub samuti kas telikule või õhkpadjale. Madala gravitatsiooniga taevakehade puhul võib kasutada ka maandumise järgset kinnitussüsteem, et kindlustada maanduri stabiilsus.

Maandurite ajalugu

Läbi kosmosetehnoloogia ajaloo on olnud palju missioone, mille eesmärgiks on olnud maanduri maandumine või mille eesmärgi täideviimiseks on maandurit kasutatud erinevate taevakehade peale; seal hulgas Maa Kuu, Veenus, Marss, Saturni kuu Titan, asteroidid ja komeedid. Maast Päikese poole jäävatest planeetidest on ainult Merkuurile maanduri missioone läbi viidud.

Kuu maandumised

Kuule on arvukalt missioone teostatud, millest esimesed olid kokkupõrke sondid Nõukogude Liidu (NSV Liidu) Luna programmi või Ameerika Rangeri programmi raames ja mis lakkasid töötamast pärast kokkupõrget. Esimene kokkupõrke maandumine toimus 14. septembril 1959, kui Nõukogude Liidu Luna 2 maandus Mare Imbriumist idas. Ameeriklased jõudsid kuule alles 23. aprillil 1962, kui nende Ranger 4 kukkus alla Kuu tagumisel küljel pardaarvuti vea tõttu.

Surveyor 3 Kuu pinnal

Luna 9 makett Õhu ja Kosmose muuseumis Pariisis

Esimese pehme maandumise sooritas 3. veebruaril 1966 NSV Liidu maandur Luna 9. Luna 9 oli ka esimene kosmoseaparaat, mis edastas pilte Maale teise taevakeha pinnalt. Ameeriklaste Surveyori programm, mis oli mõeldud Apollo programmi jaoks maandumiskoha määramiseks, olid esimesed Ameerika pehme maandumise missioonid. 1966. aastal 2. juunil teostas pehme maandumise Surveyor 1. Surveyor programmi raames määrati kindlaks Kuu pinda katva tolmu paksus ja võeti pinnaseproove. Nii Luna 9 kui ka Surveyor 1 kasutasid kiiruse pidurdamiseks retrorakette, aga Luna 9 lõpliku maandumise tegi õhkpadja abil ja Surveyor 1 maandus telikule. Esimene mehitatud maandumine tehti 20. juulil 1969 Apollo kuumooduliga, mis oli Apollo kosmoselaeva kaheosaline moodul, täpsemalt Apollo 11 missiooniga. Nii Apollo kuumoodul kui ka NSV Liidu suuremad maandurid (näiteks Lunohodid) kasutasid maandumiseks rakettmootoreid ja maandumine toimus telikule, et võimalikult turvaliselt inimesed ja varustus Kuu pinnale toimetada. Alates 2012. aasta augustist on Ameerika Riiklik Aeronautika- ja Kosmosevalitsus (NASA) arendanud maandureid, mis kasutavad maandumiseks rakettmootoreid ja võimaldavad maanduda nii Kuule kui ka teistele taevakehadele. Selliste maandurite hulka kuuluvad Mighty Eagle maandur ja Morpheus maandur. Viimasel neist võib olla piisavalt palju võimsust, et ka kanda kaasas ka lisa moodulit, millega inimest orbiidile tagasi lennutada. Venelastel on samuti plaanis Kuule tagasi minna ja sealt proove tuua Luna Glob programmi raames. Hiina jõudis Kuule 14. detsembril 2013, oma Chang'e 3 missiooniga ja kavatseb jätkata Chang'e programmi.

Veenuse maandumised

NSV Liidu Venera programmi raames saadeti Veenusele mitu maandurit. Venera 3 oli esimene kokkupõrke sond Veenusele 1966. aastal ja Venera 7, mis teostas esimese pehme maandumise Veenusele 1970. aastal.

Marsi maandumised

Esimene missioon, mis pidi jõudma Marsi pinnale, oli NSV Liidu Sputnik 24, mis pidi jõudma Marsile 1962. aastal. Sputnik 24 ei jõudnud Maa-lähedasest orbiidist kaugemale, kuna teda orbiidile viinud kanderakett ei töötanud nii, nagu oleks pidanud.

Esimese pehme maandumise Marsile tegi 1971. aastal NSV Liidu maandur Mars 3, aga ühendus maanduriga katkes vähem kui minut pärast maandumist, mis võis olla põhjustatud väga tugevast liivatormist Marsi pinnal. Sellel ajastul saadeti kolm maandurit veel; Mars 2 1971. aastal, Mars 5 ja Mars 6 1973. aastal. Kõik kolm maandurit kas kukkusid Marsi pinnale või ei jõudnud isegi Marsi atmosfäärini. Kõik neli eelnevalt nimetatud maandurit kasutasid atmosfääri sisenemiseks kuumakilpi. Lisaks Mars 2 ja Mars 3 maandurid kandsid kaasas väikeseid Marsi kulgureid, mis kahjuks ei töötanud.

NSV Liit plaanis veel suuremaid missioone ja ka proovide tagasitoomise missiooni Mars 5M, aga need missioonid jäeti ära, kuna missiooniks vajaminev rakett N1 ei olnud piisavalt töökindel ja tehniliste probleemide lahendamine osutus liiga keeruliseks.

Ameeriklased saatsid alles 1975. aastal oma esimesed Marsi maandurid Vikingi programmi raames punase planeedi poole teele. Viking 1 ja Viking 2, mis mõlemad teostasid pehme maandumise Marsi pinnal, kandsid esimesi töötavaid Marsi kulgureid Marsi pinnale. See missioon lõppes alles 1983. aasta mais, kui mõlemad maandurid lõpetasid töötamise. Ameeriklased plaanisid 1970-ndatel veel Voyager-Marsi missiooni, mille raames oleks veel kaks maandurit Marsile viidud, aga see missioon jäeti ära.

NSV Liidu järgse Venemaa esimene missioon Marsile pidi toimuma Mars 96, mille raames oleks ka üks maandur Marsi pinnale viidud, kuid 1996. aastal selle start ebaõnnestus. Missiooni plaaniti korrata, aga rahastuse puudumise tõttu jäi see ära.

NASA Mars Pathfinderi missioon oli ameeriklaste külma sõja järgne Marsi missioonide jätk, mis startis 1996. aastal ja viis Marsi pinnale kulguri Sojouner. Paar kuud pärast maandumist lõpetas baasjaam teadmata põhjusel töö ning kulgur, mis oli side katkemise ajal töökorras, ei saanud enam Maaga suhelda.

Eurooplaste Beagle 2 maandur oli Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) esimene katse saata maandur Marsi pinnale. Beagle 2 oleks pidanud maanduma 2003. aastal, aga maandumist kinnitav signaal jäi saamata ja rohkem selle maanduriga ühendust ei saadud ning 2004. aastal kuulutati Beagle 2 kaotatuks. 2015. aastal leidis NASA kosmosesond Mars Reconnaissance Orbiter maanduri üles ning selgus, et maandur oli küll Marsi pinnale jõudnud, kuid kõik päikesepaneelid ei avanenud ning blokeerisid sellega side.

ESA plaanis veel kahte missiooni Marsile (NetLander, MetNet), millest esimene osutus liiga kalliks ja teine jäi ESA poolt käiku lükkamata. Järgmine ESA missioon, mis hõlmas ka maanduri saatmist Marsi pinnale, oli 2016. aastal startinud ExoMars missioon, mis valmis koostöös Roskosmosega, pidi viima Marsi pinnale maanduri Schiaparelli, mis pidi maanduma Marsile 19. oktoobril 2016, aga 50 sekundit enne lõplikku maandumist kadus maanduriga side. ESA oletab, et viga tekkis langevarjude avamises ja retrorakettide kasutamise vales ajastuses..

NASA Marsi kulgurid Spirit ja Opportunity viidi Marsi pinnale 2004. aastal maanduritega, mis kasutasid nii langevarje kui ka õhkpatju maandumise pehmendamiseks. Spirit kulgur lõpetas tegevuse 2010. aastal ja Opportunity kulgur on 7. detsembri 2016 seisuga jätkuvalt aktiivne.

Seni kõige kuulsam Marsile maandumise missioon on NASA Curiosity kulguri punase planeedi pinnale viimine, mis toimus 6. augustil 2012. Missiooni puhul on tähelepanu väärt just nimelt kulguri suurus ja võimekus.

Marsi kuudele maandumised

Kuigi on olnud palju missioone, mille käigus on tehtud pilte ja kogutud andmeid Marsi kuude Phobose ja Deimose kohta, on ainult üksikud missioonid plaaninud nendele kuudele maanduda. NSV Liit saatis Phobose programmi raames kaks kosmoseaparaati Marsi suunas teele, millega plaaniti ka maandurid saata nii Phobosele kui ka Deimosele. Mõlemad missioonid ebaõnnestusid. Venemaa proovis uuesti 2011. aastal Fobos-Grunt missiooniga Phobosele jõuda ja sealt proove tuua, aga ka see missioon ebaõnnestus. Järgmised missioonid Phobosele on plaanitud alles alates 2023. aastast; NASA Phobos Surveyor missioon, mis on plaanitud 2023. aastaks ja Venemaa Fobos-Grunt missiooni kordus, mis on plaanitud 2024. aastaks.

Titani maandumised

Satruni kuu Titani pind Huygensi sondi pildistatud pärast maandumist 2005. aastal

Spetsiaalselt oli disainitud nii tahkele kui ka vedelale pinnasele maanduma Huygens, mis maandus Titanil 2005. aastal. See oli esimene teise planeedi kuule maandumine. Huygensi vastupidavust igasugustele põrutustele testiti eelnevalt väga põhjalikult, et tagada, et maandur töötaks vähemalt kolm minutit pärast maandumist. Kuna maandumise kiirus oli suhteliselt madal, siis edastas seeandmeid ja informatsiooni veel rohkem kui 2 tundi pärast maandumist. Ameerika on võtnud arvesse ka Titan Mare Exploreri missiooni ideed, mille käigus maandur maanduks Titani mõnda põhjapoolkeral asuvale järvele ja ujuks järve pinnal paar kuud. Sarnane idee on ka hispaanlaste välja käidud TALISE missioon, aga maanduril oleks võimekus liikuda järvel ringi.

Merkuuri maandumised

Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) ja Jaapani kosmoseagentuuri (JAXA) koostöö missioon BepiColombo, mis on planeeritud algama 2018. aastal ja mis peaks jõudma Merkuurile 2025. aastal, pidi algselt kaasama ka väikese maanduri Mercury Surface Elementi, aga see osa missioonist jäeti ära eelarve puudujäägi tõttu. Seni aga konkreetseid maanduri missioone ei ole Merkuurile planeeritud.

Jupiteri kuudele maandumised

Mõningaid missiooni ideid on välja käidud, mis viiksid Jupiteri kuudele, aga enamus neist on tagasi lükatud. Neist silmapaistvam oleks väike tuumaenergia jõul toimiv Europa maandur, mis oleks olnud osa NASA JIMO missioonist, aga tühistati 2006. aastal. Nüüd plaanib ESA 2022. aastal startivat JUICE-missiooni, kus kasutataks ka Venemaa tarnitav maandur, mis maanduks Ganymedesel 2033. aastal.

Komeedid ja asteroidid

Vesta missioon, mida planeeriti NSV Liidu ja Euroopa riikide koostöös 1980-ndatel, oleks olnud esimene asteroidile maandumisega missioon, aga see tühistati NSV Liidu lagunemise tõttu. Esimene maandumine asteroidile tehti 2001. aastal NEAR Shoemakeri sondi poolt asteroidile 433 Eros, hoolimata asjaolust, et NEAR Shoemaker ei olnud mõeldud maandumiseks.

Rosetta viis esimese robotmaanduri Philae komeedile 67P/Tšurjumov-Gerassimenko 12. novembril 2014. Sellise taevakeha madala gravitatsiooni tõttu oli maandumissüsteemi lisatud ka harpuuni laskesüsteem, et aparaat saaks ennast komeedi pinna külge kinni ankurdada. Philae suutis komeedi pinnale küll maanduda, aga raskustega ja lõplikult jäi ta pidama liiga varjulises kohas, kus tal ei olnud võimalik oma päikesepaneele laadida ja 15. novembril kaotati maanduriga kontakt.

NASA saatis 2016. aastal asteroidi 101955 Bennu poolele teele OSIRIS-REx kosmoseaparaadi, millega plaanitakse asteroidilt proove tuua 2023. aastal.