Покоренные небеса

Путешествие Одиссея длилось 10 лет, но основные события гомеровского эпоса разворачиваются в течение нескольких дней. Одиссея наших дней — полет межпланетной станции «Розетта» на встречу с кометой Чурюмова — Герасименко — тоже длилась 10 лет, а высадка зонда на ее ядро, самая интересная часть экспедиции, — заняла всего три дня в ноябре 2014 года

Фото: ESA-ATG medialab

Сходство с «Одиссеей» этим не исчерпывается: как и у древнегреческого героя, путь «Розетты» отличался от запланированного. Первоначально ее целью была комета Виртанена, и старт был назначен на начало 2003-го. Однако у ракеты-носителя «Ариан-5» отказали двигатели. В течение года проводилось расследование, затем «Розетта» смогла удачно стартовать на модернизированной «Ариан-5G+». Но время было упущено, и пришлось выбрать другую цель. Ею оказалась открытая в 1969 году комета Чурюмова — Герасименко.

Для мягкой посадки надо было выйти с кометой на одну орбиту. Современным ракетам такая задача не по силам, пришлось идти на хитрости. За 10 лет полета «Розетта» четырежды сближалась с планетами, каждый гравитационный маневр добавлял ей энергии, а орбита все вытягивалась, приближаясь к кометной.

Самым опасным (как проход Одиссея между Сциллой и Харибдой) был маневр у Марса. «Розетта» приблизилась на 250 км к его поверхности, фактически чиркнула по атмосфере. Малейшая ошибка, и станция могла в ней сгореть. В ходе маневра «Розетта» 15 минут шла в тени планеты, лишившись питания от солнечных батарей. Станция не была на это рассчитана, и ее перевели в спящий режим. Восстановится ли она, не знал никто.

Поехали!

Посадка на ядро кометы больше напоминала кадры «Космической одиссеи» Кубрика, чем взрывы «Армагеддона»

Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA, ESA/Rosetta/Philae/CIVA (x2), ESA/Rosetta/Philae/ROLIS/DLR

Цели и средства

«Розетта» — самый амбициозный межпланетный проект Европейского космического агентства. Станция впервые в истории вышла на орбиту вокруг ядра кометы и высадила на ее поверхность зонд, который три дня передавал научные данные

Комета 67P/Чурюмова — Герасименко

Кометы — единственный класс небесных тел, называемых в честь первооткрывателей. 67-я периодическая (67P) комета в истории была открыта в 1969 году советскими астрономами Климом Чурюмовым (ныне директором киевского планетария) и Светланой Герасименко. Орбитальный период кометы составляет 6,5 года. В перигелии, ближайшей к Солнцу точке орбиты, она оказывается на полпути между Землей и Марсом, а в афелии — немного дальше Юпитера. Хвосты комет растягиваются на миллионы километров, это самые большие объекты Солнечной системы. Но составляющие эти хвосты пыль и газ выбрасываются очень скромного размера ядрами

С последним гравитационным маневром орбита станции почти дотянулась до Юпитера. Это так далеко от Солнца, что на дальнем ее участке «Розетту» пришлось «усыпить» на 2,5 года: солнечного света не хватало для питания оборудования. Зато теперь ее орбита шла по касательной с орбитой кометы Чурюмова — Герасименко, и станция приближалась к комете со скоростью «всего» 775 м/с (примерно с такой скоростью летит пуля, выпущенная из автомата Калашникова). Серия из восьми включений двигателя выравняла скорости, и «Розетта» вышла на орбиту вокруг кометного ядра.

Три месяца заняло картографирование гантелеобразного тела, гравитация которого так слаба, что «Розетта» поначалу игнорировала ее, выполняя облет по угловатой траектории с периодическим включением двигателей. Лишь приблизившись на 30 км к ядру, станции удалось выйти вокруг него на орбиту со скоростью движения порядка 10 см/с и периодом обращения около 20 суток.

Межпланетная станция «Розетта»

Название происходит от Розеттского камня с надписями на греческом и древнеегипетском языках, который помог расшифровать египетские иероглифы. «Розетта» тоже заглянула в прошлое, в эпоху до формирования планет, когда образовались кометные ядра. На старте станция весила 3 тонны, включая 1670 кг топлива для маневрирования. Стоимость проекта — 1,3 млрд евро

Огромные солнечные батареи площадью 64 м² понадобились для снабжения «Розетты» энергией вдали от Солнца, но у орбиты Юпитера даже их оказалось недостаточно, и аппарат пришлось переводить в спящий режим

Размеры станции 2x2,8 м, она несет 11 научных инструментов общей массой 165 кг. Они предназначены для изучения состава и свойств ядра, окружающих его пыли и газа, а также влияния Солнца

Антенна для связи с Землей диаметром 2,2 м служит также для «томографии» ядра кометы по поглощению им радиосигналов от спускаемого аппарата

До конца 2015 года «Розетта» будет следить, как меняется активность кометы Чурюмова — Герасименко при прохождении перигелия (13 августа). На момент высадки зонда «Филы», когда комета была в три раза дальше от Солнца, чем Земля, с нее испарялось всего 300 г воды в секунду

Из-за слабого притяжения «Розетта» отработала, как «работает» по цели пикирующий бомбардировщик. Станция сошла с орбиты и направилась прямо к выбранной по карте точке высадки.

После схода с орбиты от «Розетты» отделился спускаемый аппарат «Филы», а когда станция вышла из пике, он продолжил движение и через 7 часов упал на комету со скоростью 1 м/с. Было очень важно, чтобы аппарат не отскочил и закрепился на поверхности. Но предусмотренные для этого гарпуны и небольшой прижимной двигатель не сработали. Вмешаться в происходящее с Земли нельзя — обмен сигналами растягивался на десятки минут. Лишь по большому везению зонд «Филы» не выбросило в открытый космос, он лишь отскочил. Через два часа он вновь упал на поверхность, подпрыгнул еще раз и наконец замер.

«Розетта» в это время барражировала над кометой, ретранслируя сигнал зонда на Землю. Большая часть приборов отработала успешно. Но нештатная посадка все же не осталась без последствий. «Филы» попал в тень крупного валуна и не смог эффективно заряжать батареи. Садящиеся аккумуляторы вынуждали ученых действовать быстро, спешка привела к поломке одного из самых ценных инструментов — бура для взятия проб грунта. На небольшой глубине под поверхностью он наткнулся на твердую породу, справиться с которой не смог даже на предельной скорости работы. Впрочем, это само по себе важное неожиданное открытие.

Спускаемый аппарат «Филы»

Назван в честь острова на Ниле, где нашли обелиск с надписью, положившей начало расшифровке египетских иероглифов. Аппарат массой 100 кг и высотой 1 м несет 10 научных приборов общей массой 21 кг. Высадка на комету состоялась 12 ноября 2014 года, но из-за отказа посадочных систем зонд сел в километре от выбранного места. Здесь он 85–90% времени находится в тени и не может заряжать батареи. После 57 часов работы от аккумуляторов зонд перевели в спящий режим. Возможно, он проснется в перигелии кометной орбиты, где Солнце светит в пять раз сильнее

Два главных открытия аппарата «Филы» на комете: органические молекулы (какие именно, пока неясно) и твердая порода, скрывающаяся под тонким слоем рыхлого вещества. Однако взять и проанализировать ее образцы не удалось

Тем не менее научная программа высадки на комету была выполнена практически полностью, а зонд «Филы», не исключено, еще сможет ожить, когда комета приблизится к Солнцу. Станция «Розетта» будет сопровождать ее весь 2015 год.

600 миллионов километров в год

Чтобы достичь кометы, «Розетте» пришлось за десять с половиной лет проделать путь в 6,4 млрд км, выполнив 4 гравитационных маневра и совершив 4,5 витка вокруг Солнца. В самой дальней точке траектории станция приближалась к орбите Юпитера. По пути были исследованы два астероида

План-график полета «Розетты»

Изменение маршрута

У первоначальной цели «Розетты» — кометы Виртанена — перигелий лежит рядом с земной орбитой, а афелий — ближе орбиты Юпитера. Поэтому путь к ней был значительно проще. Из-за того что перигелий кометы Чурюмова — Герасименко лежит на 36 млн км дальше от Солнца, понадобился сложнейший гравитационный маневр у Марса, поднимающий перигелий орбиты станции. А последний виток маршрута оказался таким далеким от Солнца, что станции пришлось на 2,5 года впадать в спячку.

Закрученные пассажи

Поперечник кометного ядра всего 4 км. Его гравитация очень слаба, и для выхода на орбиту вокруг него скорость надо регулировать с точностью до сантиметров в секунду. Зато в любой момент можно круто поменять траекторию. Навигаторы «Розетты» воспользовались такой возможностью для осмотра ядра сразу по прибытии, чтобы не тратить время на медленное орбитальное движение. Еще пара крутых маневров сопровождала сброс посадочного модуля «Филы».

Особые достижения

Почти в каждом межпланетном полете что-то делается впервые или ставятся какие-то рекорды. Проект «Розетта» вошел в историю следующими уникальными результатами:

• первый выход на орбиту вокруг ядра кометы;
• первая мягкая посадка на ядро кометы (первая жесткая — «Дип Импакт», 2005);
• первое бурение на поверхности малого тела Солнечной системы (частично успешное);
• первый гравитационный маневр вблизи Марса на пути к другой цели;
• самый долгий путь к цели для полетов во внутренней области Солнечной системы — 10 лет 5 месяцев и 4 дня.

Фото: ESA/Rosetta/NAVCAM, ESA–ATG medialab (x2), ESA (x2)

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 1, январь 2015