Иветта?.. Лизетта?.. Мюзетта?.. Жаннетта?.. Розетта!

 

01 Philae at surface & Rosetta in background.jpg

 

Как я уже говорил, 6-го августа европейская станция Розетта (Rosetta) выйдет на орбиту вокруг кометы Чурюмова-Герасименко, а в середине ноября совершит посадку на её поверхность.

Поскольку до этого события остался всего лишь месяц, пришло время познакомиться с главным героем приближающихся событий.

Дабы максимально сократить непроизводительные затраты по созданию публикации, я буду широко пользоваться цитатами из Википедии даже не трудясь их закавычить, благо и сама тема поста, и общая анонимность "народной энциклопедии" это позволяют.

 

Запущенный европейцами космический аппарат состоит из двух частей: собственно орбитального зонда Розетта и спускаемого аппарата Филы (Philae).

 

02 Rosetta spacecraft.jpg

 

Имя зонда происходит от названия знаменитого Розеттского камня - легендарного артефакта, с помощью которого учёные смогли расшифровать древнеегипетские иероглифы. С помощью же космического аппарата Розетта ученые надеются расшифровать, как выглядела Солнечная Система до того, как сформировались планеты. Название спускаемого аппарата заимствовано у острова Филы на реке Нил, где был найден обелиск, с помощью которого удалось расшифровать Розеттский камень. Такая вот хитрая ассоциативная цепочка

 

03 Archeology - Rosetta Stone & Philae obelisk.jpg

 

Розетта - довольно крупный космический аппарат. Общая масса заправленной горючим и готовой к пуску станции составлял 3 тонны, из которых 2900кг весит орбитальный аппарат и 100кг - посадочный. Больше половины массы станции приходится на горючее, необходимое для коррекций траектории и маневров по выходу на орбиту вокруг кометы.

Оба аппарата - орбитальный и посадочный - получают энергию от панелей солнечных батарей, и оба оснащены множеством научных приборов, с помощью которых комета и её ближайшие окрестности будут изучены вдоль и поперёк: из кометы Чурюмова-Герасименко вытрясут душу, и вывернут её наизнанку...

 

Наиболее интересными приборами, установленными на "Розетте" являются:

ALICE - ультрафиолетовое спектрограф, который позволяет определить наличие и концентрацию благородных (инертных) газов в кометном ядре, что даст ученым возможность оценить температуру среды, в которой комета образовалась миллиарды лет назад.

OSIRIS - оптическая, спектроскопическая и инфракрасная видеосистема, включающая в себя узкоугольную и широкоугольную видеокамеры с 4 мегапиксельной CCD-матрицей (в моём не слишком новом смартфоне матрица вдвое больше).

VIRTIS - спектрометр видимого и инфракрасного (теплового) диапазона. Позволит построить тепловую карту ядра кометы и получить инфракрасные спектры вещества комы.

MIDAS - атомный микроскоп высокого разрешения, позволяющий изучать физические характеристики кометной пыли, оседающей на специальной пластине-коллекторе.

COSIMA - ионный масс-спектрограф для анализа элементного (химического) состава частиц кометной пыли.

 

На "Филах" установлены следующие умные штуки:

APXS - рентгеновский спектрометр для дистанционного определения химического состава грунта в месте посадки (под брюхом у станции).

SD2 - система отбора грунта, в том числе - с помощью бура.

COSAC - прибор, предназначенный для непосредственного анализа химического состава грунта во взятых с поверхности пробах.

ROLIS - видеокамера.

Несколько приборов для измерения самых разных физических параметров грунта (температуры, акустических и электрических свойств и пр.)

 

Научный эксперимент, оставленный мною "на закуску", как наиболее примечательный и пионерский - это CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission).

Целью этого эксперимента будет выяснение внутреннего устройства ядра кометы, для чего на "Розетте" установлен специальный радар, а на "Филах" - приёмная аппаратура. Система будет выполнять, фактически, томографию ядра кометы путем измерения параметров электромагнитных волн, проходящих через ядро и регистрируемых приёмной антенной посадочного модуля. Движение орбитального аппарата будет обеспечивать эффект сканирования, а многократное повторение этого процесса при пролётах на разных расстояниях от поверхности и на разных "географических широтах" позволит построить подробную стереоскопическую модель ядра.

По результатам этих измерений, ученые планируют определить возможный состав недр кометного ядра, степень его пористости, а также - наличие в нём крупногабаритных пустот и неоднородностей. Исходя из этой информации, они надеются ответить на следующие фундаментальные вопросы физики комет: как устроено кометное ядро? Оно - однородное, слоистое или состоит из "слипшихся" блоков? Какова природа тугоплавкой составляющей материала ядра - она хондритовая, как предполагает большинство специалистов, или же содержит включения с неожиданными свойствами?

 

04 Philae instruments.JPG

 

Орбитальный аппарат оснащён традиционным химическим ракетным двигателем, который, в отличие от ионного, способен менять скорость космического аппарата быстро (большая тяга), но в относительно узких пределах (единицы километров в секунду).

 

Для справки: ионные двигатели позволяют достигать скоростей в десятки километров в секунду при той же массе горючего, но это требует непрерывной работы двигателя на протяжении многих месяцев, а сами двигатели гораздо сложнее устроены и эффективны лишь примерно до пояса астероидов, поскольку работают на энергии, получаемой от солнечных батарей.

 

Поскольку Розетта оснащена химическим двигателем, а экспедиция к комете с выходом на орбиту вокруг её ядра требует очень больших изменений скорости, то для неё была выбрана траектория, позволяющая использование гравитационного поля Земли и Марса для ускорения аппарата и изменения плоскости его орбиты. Эта техника называется "гравитационный манёвр", и она применяется в практике межпланетных перелётов с начала семидесятых годов.

Изначально запуск Розетты был назначен на январь 2003 года, а целью миссии была выбрана комета Виртанена, но в декабре 2002 года произошёл отказ двигателей при запуске ракеты-носителя Ариан-5 - тяжелой европейской ракеты, с помощью которой планировалось запускать и Розетту. Из-за недостаточной надёжности ракеты-носителя запуск зонда был отложен, "поезд" - то есть, комета Виртанена - ушел, и для Розетты пришлось разработать новую программу полёта. Новый план предусматривал полёт к комете Чурюмова - Герасименко, и вся траектория перелёта со всеми гравитационными маневрами была пересчитана заново.

 

Что это за комета? Прежде всего, Чурюмов-Герасименко - это не одна женщина с двумя фамилиями: по мужу и девичьей - это два человека, один из которых - женщина, а второй - наоборот.

Комета Чурюмова - Герасименко была открыта 23 октября 1969 года киевским астрономом Климом Чурюмовым на фотопластинках, полученных Светланой Герасименко в Алма-Атинской обсерватории.

При расчётах траектории кометы Чурюмова - Герасименко выяснилось, что её орбита неоднократно менялась, но в данный момент она обращается вокруг Солнца с периодом в 6.5 лет, удаляясь от него в афелии на 5.7 астрономических единиц (т.е. немного вылетая за пределы орбиты Юпитера) и приближаясь в перигелии до расстояния 1.3 астрономические единицы (т.е. пролетает между орбитами Земли и Марса).

В марте 2003 года, в рамках подготовки к миссии Розетта, с помощью космического телескопа Хаббл были сделаны снимки кометы Чурюмова - Герасименко, по которым было построено её трёхмерное изображение, и были определены примерные размеры ядра кометы: 3x5 км.

 

05 Churyumov-Gerasimenko Nucleus model.jpg

 

Станция была благополучно запущена в марте 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане и далее двигалась по следующей хитро закрученной траектории:

 

06 Rosetta trajectory.jpg

 

Цифрами на этой схеме обозначены все крупные события десятилетнего перелёта Розетты к комете:

 

1 - март 2004: запуск с космодрома Куру на орбиту вокруг Солнца с периодом обращения в 1 год - т.е. очень близкую к орбите Земли (это требует минимальных затрат горючего при запуске). Весь дальнейший прирост скорости станции, позволяющий ей достичь кометы, был получен за счёт серии последовательных пролётов мимо Земли и Марса

 

2 - март 2005: первый пролёт у Земли. Станция пролетела в 2000км от Земли, получив приращение скорости, позволяющее достичь орбиты Марса

 

3 - февраль 2007: пролёт Марса на высоте 250км над поверхностью. Как это не странно звучит, но этот пролёт не увеличил, а уменьшил скорость станции. Это было сделано сознательно: с целью направить станцию к Земле таким образом, чтобы её встреча с Землёй произошла в нужный момент и под оптимальным углом. Именно Земля, которая в 10 раз массивнее Марса, является удобной "гравитационной пращей" для ускорения космического аппарата, а Марс играет в этом деле лишь вспомогательную роль. Во время пролёта Марса операторы Розетты опробовали фотокамеру посадочного модуля::

 

07 Mars by Philae camera.JPG

 

4 - ноябрь 2007: второй пролёт у Земли. Этот пролёт ознаменовался забавным курьёзом: Розетта была принята за астероид Группа астрономов, работающих в рамках программы слежения за околоземными астероидами, не только не признали в ней творение рук человеческих, но и успели дать ей имя "2007VN84"

Как бы там ни было, гравитационный маневр увеличил скорость станции и выбросил её за орбиту Марса - в пояс астероидов.

 

В поясе астероидов проектировщикам Розетты удачно подвернулся астероид Штейнс - с помощью минимальной коррекции курса они направили станцию к этому астероиду.

 

5 - сентябрь 2008: сближение с астероидом Штейнс. Розетта пролетела мимо астероида на расстоянии 800км и передала подробные снимки его поверхности. Штейнс оказался телом неправильной формы, своими очертаниями напоминающим бриллиант с размерами 6,75,84,5км. С интересом послушаю желающих пересчитать это в караты

На поверхности астероида удалось насчитать с два десятка кратеров диаметром более 200 метров, и недавно для них были утверждены названия по названиям драгоценных камней. Диаметр наиболее крупного ударного кратера Алмаз - 2,1 км, что составляет треть от диаметра самого астероида. Не понятно, как он вообще смог пережить подобное столкновение Почти лишённая кратеров равнина в южном полушарии Штейнса получила название Область Черных (с ударением на "Ы") в честь первооткрывателя этого астероида. Знакомьтесь, это мистер Штейнс:

 

08 Asteroid Steins.jpg

 

6 - ноябрь 2009: третий пролёт у Земли. Это был последний из гравитационных маневров, и он вывел станцию на окончательную траекторию, пересекающуюся с орбитой кометы

Поскольку значительную часть времени Розетта проводила теперь в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, её операторам удалось подобрать ещё один удобный объект для попутных исследований - астероид Лютецию

 

7 - июль 2010: сближение с астероидом Лютеция. Розетта пролетела мимо астероида на расстоянии 3150км и передала на Землю снимки его поверхности. В отличие от Штейнса, Лютеция - очень крупный астероид, поперечником 45км.

Анализ фотографий с зонда позволил сделать вывод о наклоне оси вращения астероида, который оказался равен 96. Таким образом, ось вращения астероида лежит почти в плоскости эклиптики, а само вращение оказалось ретроградным, как у планеты Уран, что, видимо, является результатом давнего столкновения с телом сопоставимых с Лютецией размеров. По отклонению зонда от расчётной траектории в момент пролёта была рассчитана масса астероида. Она оказалась значительно меньше первоначальных оценок, но даже такая масса говорит о чрезмерно высокой плотности этого тела для каменного астероида - порядка 3,4 г/см, что особенно необычно принимая во внимание возможную пористость его пород.

Состав Лютеции долгое время вызывал недоумение астрономов. Хотя она классифицировалась как астероид класса M (т.е. состоящий из никеля и железа, с примесью камней), для неё характерно нетипичное для этого класса крайне малое содержание металлов в поверхностных породах и высокая концентрация углеродистых хондритов, более характерных для астероидов класса С (так называемые, "углистые хондриты"). Измерения Розетты подтвердили предполагавшееся учеными объяснение: наличие мощного слоя реголита толщиной около 3 км, который состоит из частиц мелкой пыли и может заметно сглаживать очертания ударных кратеров и других деталей рельефа.

Поверхность астероида покрыта кратерами и испещрена всевозможными трещинами, уступами и провалами. На картографированном полушарии обнаружено 350 кратеров с размерами свыше 600 метров. Помимо них там встречаются различные гряды и уступы, высотой до 300 метров.

Результаты математического моделирования доказывают, что Лютеция, скорее всего, представляет собой целостное тело, а не конгломерат отдельных блоков, как многие другие астероиды. Таким образом, Лютецию следует рассматривать как планетоземаль ("зародыш" планеты), сохранившуюся в первозданном виде с момента своего образования.

Знакомьтесь, это миссис Лютеция:

 

09 Asteroid Lutetia.jpg

 

8 - июль 2011: перевод Розетты в режим "спячки". Поскольку все необходимые маневры и все возможные научные исследования к этому моменту были завершены, станцию "усыпили" на целых 2.5 года: все системы были отключены за исключением бортового компьютера, переведенного в дежурный режим, и обогревателей, призванных поддерживать температуру "тела" мирно спящей Розетты на приемлемом для электроники уровне

 

9 - январь 2014: пробуждение Розетты. 20 января в 10 утра по Гринвичу взмокшие от волнения операторы Розетты, а вместе с ними и всё научное сообщество, облегченно выдохнули: Розетта связалась с центром управления полётами, сообщила, что она в полном порядке, прекрасно выспалась и чертовски хочет кушать ;-)

 

Начиная с 7-го мая (станция находилась тогда в 2 млн. км от кометы) Розетта осуществила серию включений главного маршевого двигателя с целью погасить свою скорость относительно кометы, которая изначально составляла 775 м/с. К данному моменту большая часть этой скорости уже погашена, и Розетта находится на заключительном этапе сближения с кометой. Она находится в 35000км от кометного ядра и приближается к нему со скоростью автомобиля на немецком автобане: 160км/час.

Следующие три этапа - это то, что ожидает нас в ближайшие месяцы:

 

10 - 6 августа 2014: выход на орбиту вокруг кометы.

Снимки, полученные Розеттой по мере приближения к ядру кометы, помогут операторам на Земле уточнить его параметры, что крайне важно для расчета маневра по выходу на орбиту. К моменту, когда расстояние сократится до 200км, будут окончательно определены ориентация оси и скорость вращения кометного ядра, выделены основные компоненты ландшафта и изучены прочие характеристике. И, наконец, двигатели станции будут включены в последний раз, и она выйдет на орбиту вокруг кометы, высотой примерно 25км. С этого момента начнётся фаза подробного картирования ядра и выбор пяти потенциальных мест посадки, которые будут затем подвергнуты более детальному изучению.

 

11 - ноябрь 2014: посадка зонда на поверхность кометы

Перед посадкой, Розетта снизится до высоты 1 км и отпустит Филы в свободный полёт.

 

10 Rosetta & Philae.jpg

 

Касание посадочным модулем поверхности произойдёт на скорости пешехода примерно 3.5 км/ч. В момент касания, из его днища будут отстрелены два гарпуна, которые помогут зафиксировать станцию на грунте в условиях крайне слабой гравитации. Оказавшись на поверхности кометы, Филы передаст первым делом снимки окружающего ландшафта, а затем приступит к подробному изучению состава кометного грунта в месте посадки.

 

11 Philae on comet surface.jpg

 

Видео, моделирующее процесс посадки: https://www.youtube.com/watch?v=BzfJlXHiagw

В течение почти целого года, Розетта будет сопровождать комету Чурюмова-Герасименко в её движении по орбите вокруг Солнца, изучая все происходящие в ней изменения.

 

12 - декабрь 2015: завершение миссии.