月着陸船

月着陸船は、月面に着陸するように設計された宇宙船です。2024年現在、アポロ月着陸船は、有人宇宙飛行で使用された唯一の月着陸船であり、米国のアポロ計画中に1969年から1972年にかけて6回の月面着陸を完了しました。いくつかのロボット着陸船が月面に到達し、いくつかは地球に サンプルを持ち帰りました。

これらの着陸機の設計要件は、ペイロード、飛行速度、推進要件、構成の制約によって課される要因によって異なります。 ^[1]その他の重要な設計要因には、全体的なエネルギー要件、ミッション期間、月面でのミッション運用の種類、有人の場合の生命維持システムなどがあります。月の重力は比較的高く（既知のすべての小惑星よりも高いが、太陽系のすべての惑星よりも低い）、大気がないため、エアロブレーキを使用できないため、着陸機は推進力を使用して減速し、軟着陸を達成する必要があります。

ルナ計画は、 1958年から1976年にかけてソ連が実施した一連のロボット衝突機、フライバイ、周回機、着陸機の飛行でした。ルナ9号は、11回の失敗を経て、1966年2月3日に月面への軟着陸を成功させた最初の宇宙船でした。1972年から1976年にかけて、3機のルナ宇宙船が月の土壌サンプルを地球に持ち帰りました。他の2機のルナ宇宙船は、1970年と1973年にロボット月面探査車ルノホートを軟着陸させました。ルナは、27回の着陸試行のうち、合計7回の軟着陸に成功しました。

米国の サーベイヤー計画では、 1966 年 6 月 2 日にサーベイヤー 1 号が初めて軟着陸し、この最初の成功に続いて 4 回の軟着陸が成功し、最後の軟着陸は 1968 年 1 月 10 日に行われました。サーベイヤー計画では、1968 年 1 月 10 日までの 7 回の着陸試行のうち、合計 5 回の軟着陸に成功しました。サーベイヤー 6 号は、月面から短時間飛び上がることも行いました。

アポロ月着陸船は、アメリカ合衆国のアポロ計画の月着陸船である。2024年現在、唯一の有人月着陸船である。アポロ計画は、1969年から1972年にかけて6回の月面軟着陸を成功させた。アポロ計画による7回目の月面着陸の試みは、アポロ13号のサービスモジュールの酸素タンクから爆発的なガスが噴出したため中止された。

LK月着陸船は、ソ連の有人月面計画の一環としてソ連が開発した月着陸船である。いくつかのLK月着陸船は無人で地球低軌道に飛ばされたが、月飛行に必要なN1ロケット 打ち上げ機の開発が挫折（数回の打ち上げ失敗を含む）し、米国が人類初の月面着陸を達成した後、ソ連はN1ロケットとLK月着陸船の両方の計画を中止し、それ以上の開発を行わなかったため、LK月着陸船は月に飛ぶことはなかった。

中国月探査計画（嫦娥プロジェクトとしても知られる）には、ロボット着陸機、探査車、サンプルリターンのコンポーネントが含まれており、 2013年12月14日に嫦娥3号宇宙船による月面軟着陸に初めて成功しました。2023年現在、CLEPは3回の着陸試行のうち、嫦娥3号、嫦娥4号、嫦娥5号の3回で軟着陸を成功させています。嫦娥4号は人類史上初めて月の裏側に軟着陸し、歴史に名を残しました。

イスラエルのSpaceILは、2019年4月4日にベレシート着陸船によるロボット月面着陸を試みたが、失敗した。2023年現在、SpaceILはベレシート2という後継ロボット着陸船を使用して、別の軟着陸を試みる計画を立てている。

インドのチャンドラヤーン計画は、 2019年9月6日にチャンドラヤーン2号宇宙船の一部としてロボットによる月面軟着陸を試みたものの、着陸機は月面に墜落し、失敗に終わった。^[2] 2023年8月23日、同計画の後継機であるチャンドラヤーン3号着陸機がインド初のロボットによる軟着陸を達成し、その後、2023年9月3日に短時間の着陸を行い、インドの月サンプルリターンミッションであるチャンドラヤーン4号に必要な技術をテストした。^[3]

日本のispace （中国のi-Spaceとは別物）は、2023年4月25日にHAKUTO-Rミッション1ロボット着陸機による月面軟着陸を試みた。この試みは失敗し、着陸機は月面に墜落した。同社は2024年に再度着陸を試みる計画がある。

ソ連のルナ計画の後継プログラムであるロシアのルナ・グロブ計画は、2023年8月10日にルナ25号月着陸船を打ち上げた。探査機の目的地は月の南極付近だったが、2023年8月19日に着陸船は月面に墜落した。^[4]

日本のスマート月探査機は、姿勢が悪く、信号帯域が狭く、降下中にエンジンが1つ故障したにもかかわらず、2024年1月19日に着陸地点から100メートル（330フィート）以内の地点で月面着陸に成功した。スマート月探査機SLIMは、着陸直前に別々に配備された2台の小型LEVローバーを搭載していた。^[5]この着陸により、日本は月面に軟着陸した5番目の国となった。^{[6] [7] [8]}

2024年1月、NASAが資金提供したCLPSプログラムの最初のミッションであるペレグリンミッション1は、打ち上げから数時間後に燃料漏れを起こし、姿勢制御の維持とバッテリーの充電能力を失ったため、月周回軌道に到達できず、着陸の試みも不可能になった。^[9]その後、探査機は地球の大気圏で燃え尽きた。

2機目のCLPS探査機オデュッセウスは^{2024年2月22日[10]}に月面着陸に成功し、米国にとって50年以上ぶりの無人月面軟着陸となった。このミッションは民間とNASAのパートナーシップによる初の月面着陸であり、極低温 燃料を使用した初の着陸でもある。^{[11] [12]}しかし、このミッションでは、月面での片側転倒、当初の月軌道からの外れ、着陸用LIDAR機器の故障、明らかに通信帯域幅が低いなど、いくつかの異常が生じた。^[13]後に、着陸は成功したものの、着陸時に着陸機の脚の1つが折れ、斜面への着陸により反対側に18度傾いたが、着陸機は生き残り、ペイロードは予想通りに機能していることが明らかになった。^[14]イーグルカムは着陸前に排出されなかった。その後、2月28日に放出されたが、ミッションの主な目的であったIM-1着陸後の画像を除くすべての種類のデータを返したため、部分的に失敗に終わった。^[15]

中国は2024年5月3日に中国の海南島から嫦娥6号を打ち上げた。このミッションは月の裏側から初めて月のサンプルを持ち帰ることを目指している。^[16]これは中国の2回目の月サンプルリターンミッションであり、最初のミッションは2020年12月16日に嫦娥5号が1.731kgの月表側物質を地球に持ち帰ったことで成功しました。 ^[17]嫦娥6号着陸船は、2024年6月1日22:23 UTCに月の裏側にある南極エイトケン盆地に着陸しました。^[18]サンプル収集とサンプルの探査機のロボットドリルとロボットアームによるアセンダへの配置が完了した後、アセンダは2024年6月3日23:38 UTCに探査機の着陸船部分の上から正常に離陸しました。^{[19] [20]}アセンダは2024年6月6日06:48 UTCに月軌道上で嫦娥6号サービスモジュール（オービター）にドッキングし、その後サンプルの移送を完了しました。同日7時24分（UTC）にサンプルコンテナを地球帰還モジュールに返還した。^[21]その後、周回衛星は2024年6月20日に帰還機とともに月周回軌道を離れ、帰還機は2024年6月25日に内モンゴルに着陸し、中国の月裏側サンプル帰還ミッションを完了した。

次の表は、ロボットおよび有人月面着陸プログラムによる過去および進行中の月面軟着陸の成功率を詳細に示しています。探査機を打ち上げていない着陸プログラムはこの表に含まれていません。これらのプログラムは、最初のロボットおよび/または有人着陸機が地球から打ち上げられたときに追加されます。

ここで使用される着陸試行という用語には、月面着陸を意図して開始されたあらゆるミッションが含まれます。これには、何らかの理由で月周回軌道に到達できなかったすべてのミッションが含まれます。宇宙船による着陸試行は、月面に無傷で着陸し、設計された方向/姿勢に配置され、完全に機能する場合は完全成功と分類されます。一方、宇宙船が月面に無傷で着陸するものの、何らかの理由で着陸プロセスの結果としてその場での動作が損なわれる場合は部分的成功となります。

• ESA 月着陸船
• ロシア連邦宇宙局が実施する月探査計画 「ルナ・グロブ」の下で
  • ルナ27号「ルナ・リザース1号」 - 月面南極着陸機
  • ルナ28号「ルナ・リザース2」 - 月南極着陸機とサンプルリターン
• ブルーオリジンのブルームーンマーク1
• NASA のLunar CATALYSTプログラムの下で、NASA の有人アルテミス計画をサポートする商業月面ペイロード サービス契約に入札する資格があります。
  • Masten Space SystemsとUnited Launch Allianceの XL-1 と XEUS (XEUS は有人宇宙船として二重利用が可能でしたが、キャンセルされました)
  • アストロボティックテクノロジー社のグリフィンランダー
  • ムーンエクスプレスのMX-1
• ISROのチャンドラヤーン計画の下で
  • チャンドラヤーン4号着陸機
  • LUPEX着陸船

• アルタイルは、コンステレーション計画のために提案された宇宙船で、以前は月面アクセスモジュールとして知られていました。
• NASAのアルテミス計画では、有人着陸システム用の宇宙船を供給するために複数のベンダーが選定されました。
  • スターシップHLS 、スペースXスターシップの月面バージョン、最初のHLSベンダーとして選ばれました^[23]
  • 2番目のHLSベンダーとして選ばれた統合着陸機（ブルーオリジン、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマン、ドレイパー・ラボラトリー）
  • ロッキード・マーティンの月着陸船と火星探査機はオリオンの技術に基づいており、統合着陸機に部分的に組み込まれている。
  • ブルームーン マーク2、ブルーオリジン社製。選定されなかったが、統合着陸機に部分的に組み込まれた。
  • ボーイング月着陸船、未選択
• 中国は、中国の月探査計画の有人ミッション段階の一環として、2030年までに有人月面着陸を試みるための段階的降下コンセプトを導入した。段階的降下コンセプトでは、減速の大部分を推進段階に使用し、その後着陸機セグメントが分離し、動力降下を完了して月面に軟着陸する。着陸機は上昇機としても機能する。^[24]

• 月から軌道まで飛行するのに十分なデルタVを備えたVTVL車両を製造する競争であるLunar Lander Challenge用にいくつかが製造されました。
• マイティイーグル着陸船^[25]
• NASA のプロジェクト モーフィアスの一部であるモーフィアス着陸船(結果はLunar CATALYSTに使用)

太陽系のどの天体への着陸にも、その天体特有の課題が伴う。月は小惑星や彗星、その他の惑星の衛星に比べて重力が比較的高く、大気もほとんどない。実質的に、これは現在の技術で十分な推力を提供できる唯一の降下および着陸方法は化学ロケットによるものであることを意味する。^[26]さらに、月は太陽日が長い。着陸機は一度に2週間以上直射日光にさらされ、その後2週間は完全な暗闇の中に置かれる。これにより、熱制御に大きな問題が生じる。^[27]

2019年の時点で、^{[アップデート]}宇宙探査機は地球以外の3つの天体で固体表面と空気ブレーキが可能なほど厚い大気を持つものすべてに着陸している。火星、金星、土星の衛星タイタンである。これらの探査機は、着陸した天体の大気を利用してパラシュートで降下速度を落とし、搭載する燃料の量を減らすことができた。これにより、一定量の燃料でより大きなペイロードをこれらの天体に着陸させることが可能になった。例えば、900kgのキュリオシティ探査車は、火星大気圏突入時の質量が2400kgの探査機によって火星に着陸したが、 ^[28]そのうち燃料はわずか390kgだった。比較すると、はるかに軽量（292kg）のサーベイヤー3号は、1967年に約700kgの燃料を使用して月面に着陸した。^[29]しかし、大気が存在しないため、月面着陸船に熱シールドを設置する必要がなくなり、また、月面着陸船の設計時に 空気力学を無視することも可能となる。

月の重力は地球よりはるかに小さいですが、重力が十分に大きいため、降下速度をかなり遅くする必要があります。これは、小さな小惑星の場合とは対照的です。小さな小惑星の場合、「着陸」は「ドッキング」と呼ばれることが多く、急速な降下を遅くすることよりも、ランデブーと速度の一致が問題になります。

着陸と降下にはロケットが使用されるため、月の重力により小惑星着陸に必要な量よりも多くの燃料が必要になります。実際、アポロ計画の月面着陸における主要な設計制約の1つは、月面着陸と離陸に必要な質量（質量が大きいほど着陸に必要な燃料も増えるため）でした。^[30]

月の熱環境は、月の昼の長さの影響を受けます。気温は、およそ−250〜120℃（−418.0〜248.0℉）（月の夜から昼）の間で変動します。これらの極端な気温はそれぞれ地球の14日間にわたって発生するため、熱制御システムは長期間の極寒または猛暑に耐えられるように設計する必要があります。^[31]ほとんどの宇宙船の計器は、−40〜50℃（−40〜122℉）のはるかに厳しい範囲内に保たれなければなりません。^[32]また、人間が快適に過ごせる温度は20〜24℃（68〜75℉）の範囲です。つまり、着陸船は計器や乗組員室を冷暖房する必要があるのです。

月の夜の長さにより太陽電力を使って機器を加熱することが難しく、原子力ヒーターが使われることが多い。^[27]

軟着陸を達成することは、あらゆる月面着陸船の最も重要な目標であり、月面に到達した最初のタイプの宇宙船である衝突機と着陸機を区別するものです。

すべての月着陸船は降下のためにロケットエンジンを必要とする。月の周りの軌道速度は高度に応じて1500m/sを超えることがある。衝突軌道上の宇宙船はそれをはるかに超える速度になることがある。^[33]真空中でその速度から減速する唯一の方法はロケットエンジンを使用することである。

着陸の段階には以下のものが含まれる: ^{[34] [35]}

1. 降下軌道投入 – 宇宙船は最終降下に適した軌道に入る。この段階は、月周回軌道から開始されなかった初期の着陸計画には存在しなかった。そのようなミッションは、代わりに月衝突軌道から開始された。^[33]
2. 降下とブレーキング – 宇宙船は軌道から外れるまでエンジンを噴射します。この段階でエンジンの噴射が完全に停止すると、宇宙船は最終的に表面に衝突します。この段階では、宇宙船はロケットエンジンを使用して全体の速度を落とします。
3. 最終アプローチ – 宇宙船は着陸地点に近づいており、着陸の正確な位置の最終調整を行うことができます。
4. タッチダウン – 宇宙船が月面に軟着陸

月面着陸は通常、着陸機が月面から数フィート上空に到達した時点でエンジンを停止して終了します。これは、エンジンの排気ガスや月の表土が月面から宇宙船に跳ね返ると問題が発生する可能性があるため、着陸直前にエンジンを停止するという考え方です。エンジニアは、推進力のない落下によって損傷が発生しないように、宇宙船を十分に保護する必要があります。

ソ連のルナ9号探査機によって行われた最初の軟着陸は、まず宇宙船を適切な速度と高度まで減速させ、次に科学実験を含むペイロードを放出することによって達成された。ペイロードはエアバッグを使用して月面で停止し、落下時にクッションの役割を果たした。^[36] ルナ13号も同様の方法を使用した。^[37]

エアバッグ方式は一般的ではない。例えば、NASAのルナ9号とほぼ同時期に打ち上げられた探査機サーベイヤー1号は、最終着陸にエアバッグを使用しなかった。代わりに、高度3.4メートルで速度を止めた後、単純に月面に落下した。落下に対応するため、宇宙船には衝撃を和らげ、積荷を安全に保つための押しつぶし可能な部品が装備されていた。^[33]最近では、中国の嫦娥3号着陸機が同様の技術を使用し、エンジン停止後4メートル落下した。^[38]

おそらく最も有名な月面着陸船、アポロ計画の着陸船は、接触探査機が着陸が差し迫っていることを感知すると、落下に耐えられるほど頑丈だった。着陸装置は、エンジンを停止して10フィート（3.0メートル）の高さまで着陸に耐えられるように設計されたが、直径67インチ（170センチメートル）の探査機の1つが表面に接触したときに降下エンジンの停止を開始するように意図されていた。しかし、アポロ11号では、ニール・アームストロングは着陸するまでエンジンを噴射し、非常に穏やかに着陸した。後年の乗組員の中には、着陸前にエンジンを停止し、着陸時に顕著な衝撃を感じ、着陸脚の圧縮が大きくなった人もいた。^{[39] [40]}

• 月面上の人工物の一覧、月面に残された、着陸した、または墜落した物体の一覧
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• 月面地形車両