チャンドラヤーン計画

協定によれば、ISROはプラギャン探査車の打ち上げ、周回軌道投入、展開を担当し、ロシアのロスコスモスは着陸機を提供する予定だった。^{[ 23 ]} ISROによる宇宙船の設計は2009年に完了し、^{[ 24 ]}ペイロードも最終決定され、打ち上げは2013年に予定されていた。^{[ 25 ]}その後、ロシアがフォボス・グルント計画の失敗により着陸機の開発を遅らせたことで、プロジェクトは行き詰まった。この計画では、月着陸機に使用される予定の類似部品に技術的な問題が明らかになった。^{[ 26 ]}ロシアはその後、着陸機の質量増加に伴いISROが探査車の質量を減らす必要があるという変更を提案した。スケジュールの遅延とロシアによるリスクの受け入れ要求により、インドはプロジェクト全体を独自に実施しなければならなかった。^{[ 27 ]} 2013年に火星への遷移期間が到来したため、ISROは未使用のチャンドラヤーン2号の軌道周回機のハードウェアを火星探査機ミッションに転用した。^{[ 28 ]}

ロシアとの合意が崩壊したことで、インドは孤立し、着陸機技術の開発を含むプロジェクト全体の責任を負うことになった。そのため、ISROはチャラケレにチャンドラヤーン2号の月面着陸地点の模擬地を作り、直径10メートル、深さ3メートルのクレーターを作った。この場所は、着陸機と探査車の電子機器のテストに使用された。このプロジェクトは現在、60億ルピー（6,200万米ドル）の費用がかかると見積もられており、2018年第1四半期にGSLV MK-IIで打ち上げられる予定だった。^{[ 29 ] [ 30 ]}その後、2017年にインドは、日本のJAXAと、月極探査ミッション（LUPEX）と呼ばれる別の共同月面探査ミッションの実現可能性調査を行う契約を結んだ。そのためには、チャンドラヤーン2号ミッションで軟着陸の技術的実証を行う必要があった。^{[ 31 ] [ 32 ]}     

2018年、ISROが宇宙船の設計変更と着陸機の操縦方法の変更を行ったため、ミッションは2度目の延期に見舞われた。着陸機は着陸前にさまざまなシステムの性能を評価するために月を周回することになった。これは、着陸機が指定された軌道に到着した後、直接降下するという以前の計画とは正反対だった。着陸機には5番目のエンジンが追加され、着陸脚の直径が拡大され、2つの追加の推進剤タンクが追加され、電力、構造、および熱制御のための追加のサポートシステムも提供された。これにより複合材の質量が大幅に増加し、ISROはGSLV Mk-II機をアップグレードする必要があったが、科学者たちはチャンドラヤーン2号のペイロードを搭載した改良型Mk-IIの試験飛行は危険だと感じたため、より高性能で既に飛行実績のあるLVM3機が選ばれた。^{[ 33 ] [ 34 ]}

2019年2月の着陸試験中、着陸機は試験時の姿勢不良により2本の脚に軽微な損傷を受け、その後、打ち上げは同年第2四半期に予定された。^{[ 35 ]} チャンドラヤーン2号プロジェクトの最終費用は約800億ルピー（8300万米ドル）であった。 

2019年7月22日、チャンドラヤーン2号はついにLVM3で打ち上げられ、この10年間にミッションを襲った数々の障害に終止符が打たれた。^{[ 36 ]}軌道上昇操作と最終的な月遷移軌道投入の後、チャンドラヤーン2号は8月20日に月周回軌道に到達した。2019年9月6日、月面への降下中に着陸機が墜落し、通信が途絶えた。議長のK・シヴァンによれば、着陸機は月面からわずか2.1km （1.3マイル）上空までは予想通りに動作していたが、その時点で予定軌道から逸脱し始めたという。^{[ 37 ]} 4年後、ISROの会長S・ソマナートは、失敗の主な3つの理由を明らかにした。1つ目は、より高い推力を発生させる5つのエンジンが存在したため、時間の経過とともにエラーが蓄積されたこと。2つ目は、着陸機がそのような高速旋回を行うことが想定されていなかったため、非常に速く旋回できなかったこと。3つ目は、着陸地点が500×500mと狭く、着陸機にエラーの余地が少なかったことである。^{[ 38 ]}  

チャンドラヤーン2号の失敗から2か月後、第3次ミッションが提案された。以前のミッションでは周回機がより多くの科学ペイロードを搭載していたのに対し、今回は着陸機と探査車がミッションの主要コンポーネントとなる。チャンドラヤーン3号は、2025年から2026年にかけて計画されていた日本との共同計画であるLUPEXミッションに必要な着陸能力を実証するための再試みとなる。^{[ 39 ]} ISROは、推進モジュール、着陸機、探査車を含むチャンドラヤーン3号プロジェクトの初期資金として、政府から7億5000万ルピー（780万米ドル）を要求した。打ち上げは1年後の2020年11月になると予想されていた。^{[ 40 ] [ 41 ]} 2019年12月19日、P・ヴェーラムトゥヴェルがミッションのディレクターに任命された。^{[ 42 ]} 2020 年 1 月にはプロジェクトの作業が開始され、K. Sivan 氏は、プロジェクトの総費用が 615 クローレ (6,400 万米ドル) で、打ち上げは 2021 年初頭に行われる可能性があると明らかにした。 [ ^{43 ]その後}3 月には、政府は打ち上げが 2021 年前半に行われる可能性があることを確認した。^{[ 44 ]}チャンドラヤーン 2 号の着陸船に追加され、追加の推力を生み出した 5 番目のエンジンは、チャンドラヤーン 3 号の設計から削除された。^{[ 45 ]}チャンドラヤーン 2 号と同様に、着陸船のテストは、ISRO が以前に建設したクレーターのある月面のような場所が劣化していたチャラケレで行われる予定だった。同様の寸法（幅10メートル、深さ3メートル）のクレーターで遺跡を再現するために、合計242万ルピー（2万5000米ドル）が費やされた。^{[ 46 ]}      

2021 年初頭に予定されていた打ち上げは、インドでの COVID-19 パンデミックのため 2022 年に延期された。^{[ 47 ]}パンデミック前に準備が整っていた推進モジュールはテストを開始しており、その後、着陸機と探査車のテストが行​​われる予定だったが、パンデミックによりプロジェクトが遅延し、暫定的な打ち上げ日は 2022 年の第 3 四半期に延期された。^{[ 48 ]}着陸脚の強化、計器の改良、故障防止構成、追加テストなど、いくつかの変更により、打ち上げの新しいスケジュールは 2023 年の第 2 四半期に変更された。^{[ 49 ]}

2023年5月、宇宙船はURラオ衛星センターでペイロードの組み立ての最終段階に入っており、打ち上げは7月の第1週または第2週を目標としていた。^{[ 50 ]}

2023年7月14日、チャンドラヤーン3号はLVM3で打ち上げに成功し、2023年8月5日に月の重力圏に投入された。 ^{[ 51 ]} 2023年8月23日、着陸機ヴィクラムは月の南極地域に軟着陸に成功し、人類初の同地域での軟着陸を達成し、インドはソ連、米国、中国に次いで4番目に月面に軟着陸した国となった。^{[ 52 ]}着陸直後、探査車プラギャンはランプから降りて8メートル（26フィート）走行し、インドはソ連と中国に次いで3番目に月面でロボット探査車を運用した国となった。^{[ 53 ]}  

2008年10月22日にPSLV-XLで打ち上げられたチャンドラヤーン1号は、月面衝突探査機とともに重量1,380kg （3,042ポンド）の太陽光発電式直方体軌道周回機でした。日中は片面太陽電池アレイで電力を供給し、夜間はリチウムイオン電池でサポートされました。宇宙船の姿勢は、2つのスターセンサー、ジャイロスコープ、および4つのリアクションホイールを使用した3軸安定化方式で制御されました。科学データの送信はXバンド周波数で行われ、テレメトリ追跡はSバンド周波数で行われました。これらのデータを保存するために、2つのソリッドステートレコーダー（SSR）が使用され、SSR-1は科学データ専用の32GBの容量を持ち、SSR-2は残りの科学データと姿勢情報用に8GBの容量を持ちました。搭載されたアメリカの科学ペイロードである月面鉱物マッピング装置には、10GBの容量を持つ独自のSSRが搭載されていました。^{[ 55 ]}  

オービター・インパクター複合体は、2008年11月8日に月の重力圏に突入した。軌道減速操作の後、高度100km （62マイル）の楕円極軌道に到達し、その上で、11個の科学ペイロードのうち2つ、空間分解能5m （16フィート）の地形マッピングカメラ（TMC） ^{[ 56 ]}と放射線量モニター（RADOM）が作動を開始した。^{[ 15 ] [ 57 ]} MIPの展開後、残りの9つの科学機器が作動を開始した。^{[ 58 ]}    

2008年11月25日、月周回軌道に入ってからわずか数週間後、探査機の温度は太陽と月（アルベドのため）から同量の熱を受けた結果、 50 ℃（122 °F）まで上昇した。探査機を20度回転させたり、ミッション用コンピュータをシャットダウンしたり、軌道を200km （120マイル）まで上げたりといった対策が講じられ、温度を下げて搭載機器の損傷を防いだ。^{[ 59 ]} 1年後、過熱問題により探査機の姿勢を維持する恒星センサーが損傷し、ミッションは終了した。その後、ジャイロスコープの助けを借りて姿勢は一時的な措置としてかろうじて維持されたが、2009年8月28日に通信が途絶え、ミッションは予定期間より1年早く終了した。しかし、ミッションは意図された運用において95%の成功率であったと分析されている。^{[ 60 ] [ 61 ]}    

チャンドラヤーン2号は同計画の2番目のミッションであり、周回機、着陸機、探査車が含まれていました。チャンドラヤーン1号の周回機の失敗後、チャンドラヤーン2号の周回機により、ISROは最新のカメラと機器を使用して科学調査を行うことができました。このミッションの主な目的は、月面に軟着陸して探査車を操作し、月面、その外気圏、鉱物、水氷を調査することでした。^{[ 62 ] [ 63 ]}チャンドラヤーン2号の複合体（周回機、着陸機、探査車）の総重量は3,850 kg（8,490 lb）でしたが、周回機単体の重量は2,379 kg（5,245 lb）でした。周回機には8つの科学機器が搭載されており、そのうち2つは地形マッピングカメラ2（TMC-2）とチャンドラヤーン2大気組成探査機2（ChACE-2）は、それぞれチャンドラヤーン1号周回機と月面衝突探査機に搭載された地形マッピングカメラ（TMC）とチャンドラ大気組成探査機（CHACE）のアップグレード版である。^{[ 64 ]}    

チャンドラヤーン2号は2019年7月14日に打ち上げられ^{[ 36 ]}、2019年8月20日に月周回軌道に到達した^{[ 65 ]} 。5回の軌道縮小マヌーバの後、複合体は127 km × 119 km (79 mi × 74 mi)のほぼ円軌道に到達し^{[ 66 ]}、その後2019年9月2日にヴィクラムが分離された^{[ 67 ]。}ヴィクラムの墜落着陸により、軌道船はミッションの唯一の成功した構成要素となり、その新たなミッション期間は1年から7年半に延長された。当時、軌道船高解像度カメラ(OHRC)は、チャンドラヤーン1号軌道船の1 m (3 ft 3 in)の解像度の4倍である25 cm (9.8 in)の空間解像度を持つ、月周回軌道で最も先進的なカメラであり続けた。この探査機は現在、チャンドラヤーン1号探査機が以前に発見した溶岩洞や洞窟を調査している。^{[ 68 ] [ 69 ]}           

チャンドラヤーン2号の周回機が既に運用されており、着陸能力を実証する必要があったため、チャンドラヤーン3号の周回機は単一のペイロードのみを搭載し、主な目的はヴィクラムを月へ運ぶ推進モジュールとして機能した。地球居住可能惑星の分光偏光測定（SHAPE）ペイロードは、地球の大気を遠距離から研究するために開発され、同様の技術を使用する系外惑星の大気の研究にも役立つ。 ^{[ 70 ]}チャンドラヤーン3号は2023年7月14日にLVM3に搭載されて打ち上げられ^{[ 71 ]}、2023年8月16日に複合体は113 km × 157 km（70 mi × 98 mi）の最終月周回軌道に到達した。^{[ 72 ]}その翌日、周回機は着陸機から分離し、SHAPEとともに独立した運用を開始した。^{[ 73 ]}チャンドラヤーン3号の推進モジュール（PM）としても知られるオービターは、月周回軌道から地球周回軌道に移動されました。^{[ 74 ]}当初の計画では、オービターのミッション期間中にSHAPEを約3か月間運用する予定でしたが、LVM3による精密な低地球軌道投入と最適な地球/月燃焼マヌーバにより、月周回軌道での1か月以上の運用後、オービターには100 kg（220 lb）以上の燃料が利用可能になりました。オービターに利用可能な燃料を使用して、将来の月ミッションのための追加情報を取得し、サンプルリターンミッションのミッション運用戦略を実証することが決定されました。地球観測用のSHAPEペイロードを継続するために、オービターを適切な地球周回軌道に再投入することが決定されました。このミッション計画は、オービターが月面に衝突したり、地球の36,000 kmの静止軌道帯やそれ以下の軌道に進入したりするのを防ぐなど、衝突回避を考慮して策定されました。推定燃料供給量と静止軌道宇宙船の安全性を考慮して、最適な地球帰還軌道は2023年10月に設計されました。^{[ 74 ]} 2024年8月22日まで運用されました。^{[ 75 ]}         

着陸機はヴィクラムと名付けられ、内部に搭載されたプラギャンという名の27kgのローバーを含めて1,471kg （3,243ポンド）の重量があった。 ^{[ 76 ]}ヴィクラムには姿勢制御用の58N （13lb f _）スラスタが8基、ISROの400N （90lb _f ）液体アポジモーターから派生した800N （180lb f _）液体メインエンジンが5基搭載されており^{[ 77 ]}、最大12°の傾斜に安全に着陸できるように設計されていた。^{[ 78 ]}月面地震活動の研究、月面下温度の測定、月面プラズマの密度と変動の測定（ラングミュアプローブを使用）を行うための4つのペイロードが搭載されていた。          

2回の軌道離脱操作の後、ヴィクラムは95 km × 119 km (59 mi × 74 mi)の最終軌道に到達し、その後、2019年9月7日に動力降下フェーズが開始されました。降下と着陸の間、搭載コンピューターが着陸機を完全に制御しました。^{[ 79 ]}初期の降下と重要なブレーキ手順は意図どおりに進みましたが、高度2.1 km (1.3 mi)に達すると、着陸機は方向を変え始め、その後の墜落着陸後にミッションコントロールとの通信を失いました。^{[ 80 ]}分析の結果、メインエンジンの推力が通常よりも高かったため、時間の経過とともにエラーが蓄積され、搭載コンピューターの安全制約により姿勢変更の最大速度に制限があったため、着陸機はそれほど速いペースで姿勢を変更できなかったことがわかりました。メインエンジンの粗雑なスロットル操作、ミッションの残り時間の計算ミス、500 x 500 m の小さな着陸地点が、失敗の原因として挙げられた。^{[ 81 ] [ 82 ]}        

チャンドラヤーン3号のヴィクラム着陸機は、前身機が墜落着陸した後、大幅な変更が加えられた。^{[ 83 ] [ 84 ]}以前は中央に搭載されていた5番目のエンジンにはその機能がなかったが、チャンドラヤーン3号では、 800 N (180 lb _f )の推力と旋回速度変更機能を備えたメインエンジンが5基から4基に増えた。これにより、着陸機は降下の全段階で姿勢と推力を制御できるようになった。姿勢修正速度も、チャンドラヤーン2号の10°/秒からチャンドラヤーン3号では25°/秒に増加した。さらに、 3方向すべての姿勢測定を可能にするレーザードップラー速度計(LDV) が装備された。^{[ 85 ] [ 84 ]}衝突脚はチャンドラヤーン2号のものよりも大きく、より頑丈になった。チャンドラヤーン2号に搭載されたOHRCにより、着陸地点を10 km ² (3.9平方マイル)の着陸エリアに拡張することができました。着陸機は、構造剛性の向上に役立つヘリコプター落下試験を含むいくつかの試験を受けました。降下および着陸中に故障が発生した場合に備えて、着陸機の生存率を高めるために複数の緊急システムが追加されました。着陸領域は前回のミッションから変更されていませんが、^{[ 86 ]}新しいサイトの領域は、以前の500 m × 500 m (1,600フィート × 1,600フィート)から4 km × 2.5 km (2.5マイル × 1.6マイル)に拡張されました。新しい「故障ベース」アプローチのその他の主な変更には、5 番目のエンジンの削除、燃料容量の増加、垂直速度成分の増加、およびその他のソフトウェアの変更が含まれます。^{[ 87 ]}                 

2023年8月23日、軌道離脱噴射によって軌道を25 km × 134 km (16 mi × 83 mi)まで下げていた着陸機は、 30 km (19 ^mi )^の近点付近に到達した後、4基すべてのエンジンを使用して降下を開始した。約11分間の動力降下後、^着陸機は7.5 km (4.7 mi)の高度を10秒間維持し、姿勢を垂直に変えて最終的な垂直降下段階に入った。その後、4基のエンジンのうち2基を使用して降下速度を150 m (490 ft)まで減速し、約30秒間2回ホバリングした後、選択した最適な地点に着陸した。^{[ 89 ]}            

2023年9月3日、 ISROはヴィクラムをスリープモードにする前に、エンジンを噴射して月面を40cm （16インチ）垂直方向と水平方向に移動させて再び着陸させることで、月面でホップテストを実施した。このホップテストは、データが同プログラムの下での将来のサンプルリターンミッションに役立つことから、ISROが実施した最も重要なテストであることが証明された。ISROはまた、地球よりも先に地球外表面で初の垂直離着陸を実施したという独自の記録も達成した。これは、再利用可能な技術実証プログラムの下で実施される予定だった。^{[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]}  

プラギャンと名付けられたローバーは、着陸地点付近の元素組成とその存在量を決定するために使用される2つの科学ペイロードを搭載していた。^{[ 64 ]} 1 cm/s (0.39 in/s)の速度で走行するように設計されており、寿命中に最大500 m (1,600 ft)走行できる。着陸機とローバーはどちらも放射性同位体ヒーターユニット(RHU) がなく、動作に完全に太陽光発電に依存していたため、1月の1日間しか稼働できないと予想されていた。^{[ 93 ]}チャンドラヤーン2号のプラギャンは、キャリアーのヴィクラムが墜落着陸した後、その運用から除外された。    

着陸機とは異なり、プラギャン探査車には、レゴリスに刻印される左右の車輪にそれぞれISROのロゴをインドの国章に交換した以外に変更は加えられていない。科学的な目標も前回のミッションから変わっていない。2023年8月23日、軟着陸から数時間後、プラギャンが着陸して表面での活動を開始するためにランプが展開された。^{[ 94 ]}数日後、機器の電源がオンになり、探査車は表面を8メートル（26フィート）移動し、ミッションの主要目標を達成した。^{[ 95 ]} 2023年9月3日、月の夜が近づくと、探査車はシャットダウンされ、「スリープモード」に入った。