Slik klarte India å lande på månen bare fire år etter at forrige forsøk endte med krasj

Jubelen stod i taket da India den 23. august 2023 klarte å lande et fartøy mykt på månen. India hadde som første nasjon landet et fartøy nær månens sydpol, og ikke nok med det, de var fjerde nasjon som klarte å lande på månen overhodet.

Og de gjorde det på toppen av alt for «småpenger».

Det hele kostet rundt 75 millioner dollar, som er en brøkdel av hva andre nasjoner har brukt på lignende prosjekter.

Mer tid og mindre penger

Der Apollo og andre trengte fire dager for å nå månen, brukte Indias fartøy 41 – rundt ti ganger så lang tid. Men tid hadde de nok av, så for å spare penger brukte de det som er kjent som en «slyngemanøver». Chandrayaan-3 gikk etter oppskytning inn i en stadig større bane rundt jorden, og økte hastigheten for hver runde.

Omtrent som en sleggekaster som roterer noen runder før kastet.

Fire år tidligere var det imidlertid ikke fullt så høy stemning. Da mistet Chandrayaan-2s Vikram-landingsfartøy kontrollen og «landet» ikke fullt så mykt, og i høy hastighet, på månens overflate.

Det gikk omtrent så galt som det kunne gå. Men bare fire år senere gikk det tilsynelatende perfekt.

Hva var årsaken til at ISRO klarte det i 2023, men ikke i 2019?

Grunn nummer 1: Erfaring

Aller første forsøk krasjet også i månens overflate, men det var ikke et uhell – det var med vilje.

Chandrayaan-1 hadde med seg «Moon Impact Probe» – MIP blant venner – som 14. november 2008 ble separert fra Chandrayaan-1 og sendt til et kontrollert krasj nær månens sydpol. Dette var en slags generalprøve som ISRO lærte mye av.

Mye lærte de nok også av neste krasj, selv om det ikke var planlagt.

2: Bedre data

Chandrayaan-2 hadde med seg et landingsfartøy, som igjen bar med seg en sekshjulet rover.

Det var disse som krasjet ukontrollert i månens overflate 6. september 2019. Tilbake i bane rundt månen var Chandrayaan-2s «orbiter», nesten to og et halvt tonn med kamera, sensorer og kommunikasjonsutstyr.

Denne skulle etter planen egentlig vare i ett år, men etter at landingsfartøyet gikk tapt, benyttet ISRO sjansen til å utvide og endre oppdraget. Det varte i stedet over syv år, og fartøyet ble brukt til å fotografere og kartlegge mulige landingsplasser nær månens sydpol og sende data tilbake til Jorden.

Dermed hadde ISRO nøyaktige data å planlegge tredje forsøk med.

Som en følge av dette hadde Chandrayaan-3 et mulig landingsområde på hele 16 kvadratkilometer, eller 4 kilometer hver vei.

Til sammenligning måtte Chandrayaan-2 selv fotografere og analysere landingsområdet, og det hadde dermed i praksis et landingsområde på bare 500 meter hver vei.

Sagt på en annen måte:

Chandrayaan-3 hadde et mulig landingsområde som var 64 ganger så stort som på forrige forsøk.

3: Mindre trøblete for- og samarbeid

Chandrayaan-2 var opprinnelig et hovedsakelig indisk prosjekt, men i samarbeid med Russland. Russiske Roscosmos skulle lage selve landingsfartøyet, mens ISRO skulle stå for resten. Designet ble ferdigstilt i 2009, og begge nasjoner gikk god for det.

India fikk alt sitt ferdig og klart innen fristen, men det klarte ikke Roscosmos.

I november 2011 ble et annet fartøy, Fobos-Grunt, skutt opp fra Baikonur-kosmodromen med kurs for Mars. Det vil si, kursen mot Mars holdt det ikke særlig lenge, og fartøyet klarte ikke å forlate sin bane rundt jorden før midt i januar 2012. Og da gikk det feil vei.

Romfartøyet til rundt 65 millioner dollar styrtet ukontrollert i Stillehavet 15. januar 2012 og ble aldri sett igjen.

Det burde ikke spilt noe rolle for Chandrayaan-2, hadde det ikke vært for at en del av teknologien som slo feil og forårsaket styrten, også var brukt i Chandrayaan-2s landingsfartøy. Roscosmos måtte derfor redusere vekten på fartøyet sitt, og som en følge av det måtte også ISRO redusere vekten på sin rullende robot som skulle være med på landingen.

I 2013 ble det hele utsatt til 2016, fordi Russland ikke klarte å ferdigstille landingsfartøyet i tide.

Senere ble det hele utsatt atter en gang, da Russland måtte vedgå at også den nye tidsfristen ville ryke, av mye de samme grunnene som sist. India bestemte seg da i 2015 for å heller utvikle det hele på egen hånd, uten Roscosmos.

Men problemene stoppet ikke av den grunn. Stadige tekniske problemer første til stadige utsettelser, og på et punkt ble deler tiltenkt månen og Chandrayaan-2 i stedet sendt til Mars med et annet fartøy, «Mars Orbiter».

En rekke tekniske justeringer og endringer første til en økning i vekt på 600 kg, noe som gjorde at en kraftigere rakett måtte benyttes. I tillegg oppdaget man problemer med justeringen av motorkraften, og på toppen av det hele ble to av landingsbeina skadet i en test.

4: Færre rakettmotorer

Chandrayaan-2s landingsfartøy var utstyrt med fem rakettmotorer: En i hvert «hjørne» og en i midten. De fire manøvreringsmotorene kunne variere motorkraften fra 40 til 100 prosent, i trinn på 20 prosent. Det var ikke mulig med den midterste motoren. Den var konstruert slik at den enten gikk for fullt, eller ikke i det hele tatt.

Denne motorens hovedoppgave er å gi fartøyet fart i en retning, eller bremse det ned ved å rotere fartøyet 180 grader og fyre av motoren i motsatt retning.

Når fartøyet skal forlate banen og begynne på landingssekvensen, bremses det først ned slik at det går inn i en stadig lavere bane. Da «flyr» det med motoren pekende i fartsretningen, men etter hvert som det kommer lavere og nærmere overflaten, må fartøyet snus 90 grader slik at rakettmotoren i stedet bremser hastigheten ned mot bakken.

Det var her det gikk galt for Chandrayaan-2s landingsfartøy. Det er uvisst hvorfor, men fartøyet begynte i denne manøveren å snu seg raskere enn det skulle, og verken rakettmotorene eller programvaren som styrte dem var laget for å kompensere for så store og mange endringer i retning og hastighet på en gang.

Noe av årsaken kan ha vært at hovedmotoren var litt for kraftig – man hadde tross alt oppskalert den en del som en følge av alle de tidligere problemene – men en annen viktig faktor var nok mangelfull programmering. Man hadde rett og slett ikke sett for seg behovet, og hadde dermed begrenset programvarens evne til å reagere raskt nok.

Chandrayaan-2s landingsfartøy klarte ikke å bremse raskt nok, og «landet» i en hastighet som senere ble beregnet til rundt 210 kilometer i timen. K. Sivan, leder for ISRO den gang, uttalte at «Det må ha vært en hard landing».

5: Bedre utstyr og KI

Chandrayaan-3 klarte seg imidlertid langt bedre med kun de fire variable manøvreringsmotorene, som rett nok er en del forbedret. Der de gamle kunne endre romfartøyets orientering med opptil 10 grader i sekundet, skal de nye systemene og motorene på Chandrayaan-3 klare opptil 25.

Det tar radiosignaler omtrent ett sekund å nå frem til månen, og det er for mye forsinkelse til at man kan detaljstyre en landing fra Jorden. De femten minuttene det tok fra bane til månens overflate, styrte fartøyet seg selv.

Nettopp derfor var det vitalt at fartøyets programmering og reaksjonsevne var bra nok.

Innen Chandrayaan-3 var klar for et nytt forsøk, hadde begge deler fått en grundig oppgradering. Både maskinvare og programvare i Chandrayaan-3 var bedre og mer robust, og sammen med flere og bedre sensorer, kunne fartøyet reagere raskere og tåle en hardere landing.

For eksempel er Chandrayaan-3 utstyrt med en LDV («Laser Doppler Velocimeter») som kan måle hastighetsendringer langs tre akser.

Fartøyets kunstige intelligens er også langt mer avansert, er trent på større og bedre datagrunnlag, og har fått større handlingsrom enn man kunne få til med Chandrayaan-2.

I tillegg peker ISRO selv på en annen viktig endring:

6: «Føre var-prinsippet»

ISRO-sjef S. Somanath beskrev det slik at ISRO med Chandrayaan-2 hadde for stort fokus på suksess.

Med Chandrayaan-3 var fokus i stedet på hva som kunne gå galt, og hvordan unngå at det gjorde det, sier Somanath til Times of India:

– Vi så på sensorfeil, motorfeil, algoritmefeil, beregningsfeil. Så det er forskjellige feilscenarioer beregnet og programmert inn. Vi gjorde nye testoppsett for simulering, som ikke var der forrige gang. Alt dette var for å se på ulike feilscenarioer.