Космическая миссия розетта. Верхом на комете: трогательная история зонда "Розетта" и модуля "Филы". Искусство космической лепки
МОСКВА, 30 сен - РИА Новости. Сегодня днем зонд "Розетта" закончит свою долгую 12-летнюю жизнь и разобьется о поверхность кометы Чурюмова-Герасименко (к настоящему моменту зонд уничтожен, как и планировалось). РИА "Новости" вспоминает, как протекала жизнь самого амбициозного проекта ЕКА и какие тайны рождения Солнечной системы "Розетта" и ее компаньон "Фила" смогли открыть за почти два года работы.
Прыжки воскрешенного робота
Зонд "Розетта" отправился к комете Чурюмова-Герасименко больше десяти лет назад, в августе 2004 года. Главной целью этого путешествия длиной в 6,4 миллиарда километров был поиск ответа на вопрос, как выглядела Солнечная система в юности и откуда взялась вода на Земле, Марсе и других внутренних планетах.
Искать ответы на эти загадки должен был посадочный модуль "Фила", названный так в честь древнеегипетского обелиска на острове Филэ, где был найден Розеттский камень. Когда "Розетта" прибыла к комете в августе 2014 года, ученые начали проверять работу "Филы" и обнаружили небольшую поломку, которая сильно повлияла на жизнь аппарата в дальнейшем, о чем инженеры изначально никак не подозревали.
Драматичная по всем составляющим посадка "Филы" состоялась 12 ноября 2014 года. Изначально всем казалось, что спуск на комету был идеальным, однако потом выяснилось, что из-за поломки газового двигателя "Фила" не смог прижать себя к комете и закрепиться на ней при помощи рук-"гарпунов", в результате чего модуль "не только приземлился, но и попрыгал по комете", как выражался тогда Штефан Уламек (Stefan Ulamec), руководитель проекта "Фила" в ЕКА.
Из-за этого инцидента "Фила" приземлился в неизвестном месте, которое "Розетта" нашла лишь за месяц до его гибели, и попал в темную расселину на поверхности кометы, что резко сократило сроки его работы. На вторые сутки после посадки инженеры ЕКА приняли решение перевести модуль в спящий режим в надежде пробудить его в будущем.
Как рассказывал впоследствии Жан-Пьер Бибрин (Jean-Pierre Bibring), научный руководитель "Филы", в этом были свои плюсы и минусы. Минусы заключались в том, что "Фила" приземлился на бок, из-за чего модуль не смог забрать пробы грунта при помощи бура SD2 и проанализировать их химический состав, а также просветить комету при помощи радара CONSERT. Плюс заключался в том, что если бы "Фила" приземлился в регионе Агилкия, как изначально планировалось, а не Абидос, то он бы умер от перегрева прошлой весной, когда на комете наступило лето.
И к тому же злополучная судьба "Филы" подарила нам крайне интересную историю о внезапном "воскрешении" модуля прошлым летом, когда Бибрину, Уламеку и их коллегам удалось на несколько недель восстановить связь с "Филой" и затем заново ее потерять вместе с надеждами на реализацию всех научных задач, которые должен был исполнить модуль.
"Грязный ледяной шар" и кирпичики жизни
Что же открыли "Розетта" и "Фила" за эти два года? Несмотря на неудачное приземление "Филы", модулю удалось реализовать свою основную миссию и приблизить нас к ответу на вопрос, как выглядела ранняя Солнечная система, как зародилась жизнь на Земле и какую роль в них могли играть кометы.
К примеру, "Розетте" и "Филе" удалось найти молекулы глицина, простейшей аминокислоты, и заготовки для сборки молекул других органических веществ. Кроме того, в недрах кометы был замечен еще один "элемент жизни" - фосфор, ключевой компонент ДНК и АТФ, клеточной энерговалюты, - который раньше не находили в космосе в больших количествах, а также молекулярный кислород. Его наличие могло ускорять реакции между "кирпичиками жизни" в газопылевом диске, в котором родилась Солнечная система.
Их наличие в материи кометы говорит о том, что первичная материя Солнечной системы содержала в себе все необходимое для зарождения жизни.
Кроме того, одним из первых и самых важных открытий "Розетты" стали замеры изотопного состава воды в материи кометы Чурюмова-Герасименко, необходимые для поисков ответа на важнейший для нас вопрос - откуда взялась вода на Земле.
Изучив данные, собранные спектрометром ROSINA на борту зонда, ученые с удивлением обнаружили, что доля дейтерия, тяжелого изотопа водорода, в водных запасах кометы заметно отличалась от этого параметра для земной воды, что в ближайшем будущем вынудит их пересмотреть теории формирования Солнечной системы.
Как отмечала Кэтрин Альтвегг, одна из соруководителей проекта, это открытие исключает возможность того, что вода была занесена на Землю кометами, и оно "может означать то, что семейство комет, обитающих за орбитой Юпитера, происходит не из одного источника. Вполне возможно, что они формировались в самых разных уголках рождающейся Солнечной системы, даже в тех, о которых мы не думали раньше".
Все это заставляет ученых заново задуматься о том, откуда на Земле взялась вода, важнейший ингредиент для зарождения жизни.
Искусство космической лепки
Помимо "биологических" вопросов, "Розетте" и "Филе" удалось прояснить и ряд ключевых моментов, связанных с процессом формирования планет и малых небесных тел. К примеру, "Фила" выяснил, как рассказывал Бибрин в прошлом году, что комета Чурюмова-Герасименко содержит в себе необычно много пыли и что ее недра являются крайне неплотными, и при этом в них нет пустот.
Это означает, что комета - и, соответственно, первичная материя Солнечной системы - была очень рыхлой и пористой. Эти данные, как надеются планетологи, помогут нам понять, как все планеты и их луны были "слеплены" из мельчайших песчинок материи в первые миллионы лет жизни Солнца.
Как рассказал Мохамед Эль Маари (Mohamed El-Maari) из университета Берна (Швейцария), "неудачное" приземление "Филы" переместило его в относительно "чистый" регион кометы, почти не тронутый теплом и излучением Солнца, что позволило ученым изучить действительно первичную материю Солнечной системы.
Это, по словам Тюрид Маннель из университета Граца (Австрия), подтверждается и данными по химическому составу зерен пыли с места приземления "Филы" - они состоят из органики, силикатов, солей железа и кальций-алюминиевых включений, из которых, как считают сегодня планетологи, были "слеплены" все тела Солнечной системы.
Что интересно, крупные зерна пыли оказались похожими по своей структуре и форме на фракталы, самоподобные математические фигуры, что может объяснять, как они "слепились" в более крупные булыжники и "зародыши" планет.
Анализ этой пыли при помощи прибора COSAC на борту "Филы" показал, что поверхность кометы очень богата органикой, в том числе и веществами, которые раньше не обнаруживались на других кометах, - метилизоцианатом, ацетоном, пропальдегидом, ацетамидом и гликольальдегидом. Достаточно неожиданным образом другому химическому инструменту "Филы" Ptolemy не удалось найти на поверхности кометы соединений серы, которые "Розетта" учуяла с орбиты.
Кроме того, дальнейший анализ свойств зерен пыли, пойманных уже самой "Розеттой" при помощи инструмента MIDAS, показал, что пыль содержит в себе множество больших и маленьких гранул, что рассказало ученым о том, что процесс их "слепления" начался неожиданно рано, в первые миллионы лет существования Солнечной системы.
Их "видовой состав" можно сравнить с своеобразной матрешкой из постепенно растущих по своим размерам частиц, что подтверждает популярную теорию о том, что "космическая галька" и более крупные фрагменты пород формировались в результате последовательного сцепления и слияния зерен пыли друг с другом под действием сил электростатического притяжения.
Все эти открытия заметно проясняют наши представления о том, как происходило рождение Земли и других планет на самых ранних этапах их существования.
Грядет (кометная) Зима
Относительная неудача "Филы" натолкнула Мэтта Тэйлора (Matt Taylor), руководителя миссии "Розетта" и других специалистов на то, что будет реализовано в ближайшие часы и минуты.
Как рассказывал Тейлор год назад, изначально ученые планировали посадить зонд на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко приблизительно в той точке, куда попал "Фила" во время посадки после серии прыжков в ноябре 2014 года. Там, как надеялись специалисты ЕКА, зонд смог бы пережить зиму и вернуться к работе через 4-5 лет, когда комета вернулась бы назад к Солнцу.
ЕКА: "Розетта" обнаружила и сфотографировала "заснувший" модуль "Фила" Зонд "Розетта" наконец-то смог обнаружить спускаемый модуль "Фила" и получить его первые снимки после посадки на комету Чурюмова-Герасименко меньше чем за месяц до конца миссии, потратив на эти поиски практически два года.У этой идеи есть несколько больших научных плюсов. Как объясняют ученые, неудачное приземление "Филы" не дало всего того объема данных об устройстве и жизни кометы, которые они надеялись получить. Медленно снижение "Розетты" к поверхности кометы, которое продолжалось почти месяц, позволило всесторонне изучить и сфотографировать ее при помощи более точных и чувствительных камер и инструментов зонда.
Таким образом, "Розетта" сегодня завершит свою работу у кометы Чурюмова-Герасименко, совершив посадку в так называемых "ямах Маат", одном из самых активных регионов кометы. Этот регион находится на большей половине "гантели" кометы, неподалеку от перемычки, связывающей ее половинки, в эллипсе размерами 600 на 400 метров. Ожидается, что зонд коснется поверхности кометы в 13 часов 40 минут по Москве, после чего он отключится и уйдет в вечную спячку.
На этом "финальном аккорде", как рассказывает Мэтт Тэйлор, миссия "Розетты" не завершится - ученые будут анализировать данные, собранные "Филой" и "Розеттой" за два прошедших года, на протяжении последующих лет и даже десятилетий в попытке понять, как выглядела новорожденная Земля, Солнце и вся Солнечная система в целом.
За последние десятилетия автономные космические аппараты совершили множество посадок на планеты Солнечной системы и некоторые их спутники. А вскоре нога… то есть посадочная опора сделанного человеком космического аппарата впервые оставит свой след на ледяной тропинке ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко.
Rosetta, ESA, 2004: Rosetta – первая миссия, программа которой предусматривает не только дистанционное изучение, но и посадку в 2014 году на изучаемую комету Чурюмова–Герасименко.
Дмитрий Мамонтов
Не было ни знаменитого «Поехали!», ни «Один маленький шаг для человека…» — на экране цифры обратного отсчета просто прошли нулевое значение, и обратный отсчет сменил знак с минуса на плюс. Никаких других видимых эффектов, но инженеры в центре управления полетом Европейского космического агентства (ESA) заметно напряглись. В этот момент начался маневр торможения космического аппарата Rosetta, находящегося более чем в 400 млн километров от нас, но, чтобы радиосигнал об этом достиг Земли, потребовалось 22 минуты. А еще через семь минут Сильван Лодью, оператор космического аппарата, глядя на дисплей с данными телеметрии, встал и торжественно произнес: «Дамы и господа, могу официально подтвердить: мы прибыли к комете!»
International Cometary Explorer (ICE) NASA/ESA, 1978. Американско-европейский ICE в 1985 году пролетел сквозь хвост кометы Джакобини-Циннера, позднее, в 1986 году пролетел сквозь хвост кометы Галлея на расстоянии 28 млн км от ядра.
Вега-1, Вега-2 СССР, 1984. Советские аппараты после визита к Венере направились к комете Галлея, чтобы в марте 1986 года пролететь на расстоянии 9 тыс. км от ядра (Вега-1) и 8 тыс. км (Вега-2).
Sakigake, Suisei ISAS, 1985. Японские аппараты были направлены к комете Галлея. В 1986 году Suisei прошел в 150 тыс. км от ядра, изучая взаимодействие кометы с солнечным ветром, Sakigake пролетел на расстоянии 7 млн км от ядра.
Giotto ESA, 1985. Европейский аппарат в 1986 году с расстояния всего в 600 км сфотографировал ядро кометы Галлея, а позднее, в 1992 году прошел на расстоянии 200 км от кометы Григга-Скьеллерупа.
Deep Space 1 NASA, 1998. В 1999 году этот аппарат приблизился к астероиду 9969 Брайль на расстояние 26 км. В сентябре 2001 года пролетел на расстоянии 2200 км от кометы Боррелли.
Stardust NASA, 1999. Первая миссия, целью которой было не просто сближение на 150 км с ядром кометы Вильда-2 в 2004 году, но и доставка образца кометного вещества на Землю (в 2006 году). Позднее, в 2011 году, сблизился с кометой Темпеля-1.
Contour (Comet Nucleus Tour) NASA, 2002. Планировалось, что Contour пролетит близи ядер двух комет — Энке и Швассмана-Вахмана-3, после чего будет направлен к третьей (в качестве самой вероятной цели рассматривалась комета д’Арреста). Но во время перехода на траекторию, ведущую к первой цели, связь с аппаратом была потеряна.
Deep Impact NASA, 2005. Аппарат Deep Impact в 2005 приблизился к ядру кометы Темпеля-1 и «выстрелил» в него специальным ударником. Состав вещество, выбитого ударом, был проанализирован с помощью бортовых научных инструментов. Позднее аппарат был направлен к комете Хартли-2, от ядра которой он прошел на расстоянии 700 км в 2010 году.
От древности до наших дней
Кометы относятся к небесным объектам, которые можно увидеть невооруженным глазом, и потому они всегда вызывали особый интерес. Эти небесные тела описаны во многих исторических источниках, причем зачастую весьма красочным языком. «Она сияла дневным светом и волокла за собой хвост, похожий на жало скорпиона», — писали древние вавилоняне о комете 1140 года до нашей эры. В разные времена они считались то знамениями, то вестницами несчастий. Сейчас ученые, основываясь на накопленных за время изучения комет научных данных, считают, что кометы сыграли ключевую роль в появлении жизни на Земле, доставив на нашу планету воду и, возможно, простейшие органические молекулы.
Первые данные о составе кометного вещества были получены с помощью спектроскопических инструментов еще в XIX веке, а с началом космической эры у человечества появилась возможность непосредственно увидеть и «пощупать» (если не собственными глазами и руками, то научными приборами) хвосты комет и образцы кометного вещества. С конца 1970-х годов были запущены несколько космических аппаратов, предназначенных для исследования комет различными способами — от фотосъемки с небольших (по космическим меркам) расстояний до сбора проб и доставки на Землю образцов кометного вещества. Но в 1993 году Европейское космическое агентство решило замахнуться на гораздо более амбициозную цель — вместо того, чтобы доставлять образцы в земную лабораторию, инженеры предложили доставить лабораторию на комету. Иными словами, в рамках космической миссии Rosetta посадочный модуль Philae должен был совершить посадку на поверхность миниатюрного ледяного мира — ядра кометы.
10 лет полета
Разработка миссии длилась десять лет, и к 2003 году космический аппарат Rosetta был готов к запуску. Выведение его в космос с помощью ракеты-носителя Ariane??5 планировалось на январь 2003 года, но в декабре 2002 года такая же ракета взорвалась при запуске. Мероприятие пришлось отложить до выяснения причин неисправностей, и трехтонный космический аппарат был выведен на парковочную орбиту лишь в марте 2004 года. Отсюда он начал свое путешествие к цели — комете 67P/Чурюмова-Герасименко, но весьма кружным путем. «Не существует достаточно мощных ракет, которые могли бы непосредственно вывести аппарат на траекторию кометы, — объясняет Андреа Аккомаццо, руководитель полета миссии Rosetta. — Поэтому аппарату пришлось совершить четыре гравитационных маневра в поле тяготения Земли (2005, 2007, 2009) и Марса (2007). Такие маневры позволяют передать часть энергии планеты космическому аппарату, разгоняя его. Дважды аппарат пересекал пояс астероидов, и чтобы эта часть полета не пропадала зря, было решено заодно исследовать некоторые объекты пояса — астероиды Лютеция и Стайнс».
Для изучения ядра кометы: ALICE Видеоспектрометр УФ-диапазона для поиска благородных газов в составе вещества кометы. OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) Камера видимого и ИК-диапазона с двумя объективами (700 и 140 мм), с матрицей 2048x2048 пикселей. VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) Мультиспектральная камера низкого разрешения и спектрометр высокого разрешения для тепловизионного картографирования ядра и изучения ИК-спектра молекул комы. MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) 3-см радиотелескоп для обнаружения микроволнового излучения, характерного для молекул воды, аммиака и углекислого газа. CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) Радар для «просвечивания» и получения томограммы ядра кометы. Излучатель установлен на посадочном модуле Philae, а приемник — на орбитальном спутнике. RSI (Radio Science Investigation) Использование системы связи аппарата для изучения ядра и комы. Для изучения газового и пылевого облаков: ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) Магнитный масс-спектрометр и времяпролетный масс-спектрометр для изучения молекулярного и ионного состава газов. MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) Атомный силовой микроскоп высокого разрешения для изучения частиц пыли. COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) Масс-анализатор вторичных ионов для изучения состава пылевых частиц. GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) Ударный анализатор и накопитель пылевых частиц для измерения их оптических свойств, скорости и массы. RPC (Rosetta Plasma Consortium) Прибор для изучения взаимодействия с солнечным ветром.
Rosetta стала первым космическим аппаратом, который отправился во внешнюю часть Солнечной системы, имея на борту в качестве источника энергии не радиоизотопный термоэлектрический генератор, а солнечные батареи. На расстоянии 800 млн км от Солнца (это самая дальняя точка миссии) освещенность не превышает 4% земной, поэтому батареи имеют большую площадь (64 м 2). Кроме того, это не обычные батареи, а специально разработанные для работы в условиях низкой интенсивности и низких температур (Low-intensity Low Temperature Cells). Но даже несмотря на это, для экономии энергии в мае 2011 года, когда Rosetta вышла на финишную прямую к комете, аппарат был переведен в режим спячки на 957 суток: были отключены все системы, кроме системы приема команд, управляющего компьютера и системы электропитания.
Первый спутник
В январе 2014 года Rosetta была «разбужена», началась подготовка к серии маневров сближения — торможения и уравнивания скоростей, а также плановое включение научных приборов. Между тем конечная цель путешествия стала видна лишь несколько месяцев спустя: на сделанном 16 июня камерой OSIRIS снимке комета занимала всего лишь 1 пиксель. А через месяц она уже едва умещалась в 20 пикселей.
APXS (Alpha X-ray Spectrometer) Aльфа- и рентгеновский спектрометр для изучения химического состава грунта под аппаратом (погружается на 4 см). COSAC (COmetary SAmpling and Composition) Газовый хроматограф и времяпролетный спектрометр для обнаружения и анализа сложных органических молекул. PTOLEMY Газовый анализатор для измерения изотопного состава. CIVA (Comet Nucleus Infrared and Visible Analyzer) Шесть микрокамер для панорамирования поверхности, спектрометр для изучения состава, текстуры и альбедо образцов. ROLIS (Rosetta Lander Imaging System) Камера высокого разрешения для съемки при спуске и стереосъемки мест забора образцов. CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio- wave Transmission) Радар для «просвечивания» и получения томограммы ядра кометы. Излучатель установлен на посадочном модуле Philae, а приемник — на орбитальном спутнике. MUPUS (MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science) Набор датчиков на опорах, пробоотборнике и наружных поверхностях аппарата для измерения плотности, механических и тепловых свойств грунта. ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) Магнитометр и плазменный монитор для изучения магнитного поля и взаимодействия кометы с солнечным ветром. SESAME (Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment) Набор из трех приборов для изучения свойств грунта: Cometary Acoustic Sounding Surface Experiment (CASSE) — с помощью звуковых волн, Permittivity Probe (PP) — с помощью электрического тока, Dust Impact Monitor (DIM) измеряет падение пыли на поверхность. SD2 (Drill, Sample, and Distribution subsystem) Бур-пробоотборник, способный забирать образцы с глубины до 20 см и доставлять их в печи для нагревания и к различным приборам для дальнейшего анализа.
6 августа аппарат совершил маневр торможения, уравнял скорости с кометой и стал ее «почетным эскортом». «Rosetta описывает криволинейные треугольники, находясь примерно в 100 км от кометы со стороны Солнца, чтобы заснять все детали ее освещенной поверхности, — объясняет Франк Будник, специалист по полетной динамике миссии. — По каждой стороне этого треугольника аппарат дрейфует три-четыре дня, затем направление полета изменяется с помощью двигателей. Траектория немного искривляется гравитацией кометы, и благодаря этому мы можем вычислить ее массу, чтобы позднее перевести аппарат на устойчивую низкую орбиту. При этом Rosetta станет первым в истории искусственным спутником кометы».
Ключ в кармане
Миссия Rosetta («Розетта») названа в честь Розеттского камня, каменной таблички, найденной в 1799 году французским офицером в Египте. На табличке выбит один и тот же текст — на хорошо известном древнегреческом языке, древнеегипетскими иероглифами и египетским демотическим письмом. Розеттский камень послужил ключом, благодаря которому лингвисты получили возможность расшифровать древнеегипетские иероглифы. С 1802 года Розеттский камень хранится в Британском музее. Спускаемый аппарат Philae («Филы») получил свое имя в честь египетского острова Филы, где был в 1815 году найден уцелевший обелиск с надписями на древнегреческом и древнеегипетском языках, что (наряду с Розеттским камнем) помогло лингвистам в расшифровке. Подобно тому, как Розеттский камень дал ключ к пониманию языков древних цивилизаций, что позволило восстановить события многотысячелетней давности, его космический тезка, как надеются ученые, даст ключ к пониманию комет, древних «кирпичиков» Солнечной системы, зарождавшейся 4,6 млрд лет назад.
Разведка с орбиты
Но выход на орбиту кометы — лишь первая стадия, предваряющая самую главную часть миссии. Согласно плану, до ноября Rosetta будет изучать комету со своей орбиты, а также картографировать ее поверхность в рамках подготовки к посадке. «До прибытия к комете мы знали о ней довольно мало, даже ее форма — «двойная картофелина» — стала известна только при близком знакомстве, — рассказывает «Популярной механике» руководитель группы посадки аппарата Philae Стефан Уламек. — При выборе места для посадки мы руководствуемся набором требований. Во‑первых, надо, чтобы поверхность в принципе была достижима с той орбиты, на которой будет находиться аппарат. Во‑вторых, нужна относительно ровная площадка в радиусе нескольких сотен метров: из-за потоков в газовом облаке аппарат может снести в сторону во время довольно долгого (до нескольких часов) спуска. В-третьих, желательно, чтобы в месте посадки менялась освещенность и день сменял ночь. Это важно, потому что мы хотим изучить, как ведет себя при таком изменении поверхность кометы. Впрочем, варианты чисто «дневных» мест мы тоже рассматриваем. Нам повезло в том, что ядро кометы стабильно вращается вокруг одной оси, это значительно облегчает задачу».
Очень мягкая посадка
После того как будет выбрано место посадки, в ноябре состоится главное событие — 100-кг модуль «Филы» (Philae) отделится от аппарата и, выпустив три опоры, совершит первую в истории посадку на ядро кометы. «Начиная этот проект, мы совершенно не представляли многих деталей процесса, — говорит Стефан Уламек. — Никто раньше не совершал посадку на комету, и мы до сих пор не знаем, какова ее поверхность: то ли она твердая, как лед, то ли рыхлая, как свежевыпавший снег, то ли что-то промежуточное. Поэтому посадочный модуль сконструирован так, чтобы закрепиться на почти любой поверхности. После отделения от аппарата Rosetta и гашения орбитальной скорости модуль Philae начнет спуск к комете под действием ее небольшой силы тяжести, после чего совершит посадку на скорости примерно 1 м/с.
Снимок кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, сделанный 16 августа камерой OSIRIS с длиннофокусным объективом с расстояния 100 км. Размер ядра кометы — 4 км, так что разрешение снимка примерно 2 м на пиксель. Используя серию снимков кометы, ученые уже наметили пять возможных мест посадки. Окончательный выбор будет сделан позднее.
В этот момент очень важно предотвратить «отскок» аппарата и закрепить его на поверхности кометы, и для этого предусмотрено несколько различных систем. Толчок при касании посадочных опор будет погашен центральным электродинамическим амортизатором, в этот же момент заработает сопло на верхнем торце Philae, реактивная тяга от выброса сжатого газа прижмет аппарат к поверхности на несколько секунд, пока он будет выбрасывать два гарпуна — размером с карандаш — на тросах. Длины тросов (около 2 м) должно хватить, чтобы гарпуны надежно держали, даже если поверхность покрыта слоем рыхлого снега или пыли. На трех посадочных опорах расположены ледобуры, которые тоже будут ввинчиваться в лед при посадке. Все эти системы были опробованы на симуляторе посадки немецкого космического агентства (DLR) в Бремене — и на твердых, и на рыхлых поверхностях, и мы надеемся, что они не подведут и в реальных условиях».
Но это будет чуть позже, а пока, как говорит старший научный сотрудник Директората ESA по научным исследованиям с помощью автоматических аппаратов Марк Маккориан, «мы как дети, которые десять лет ехали в машине, а теперь наконец прибыли в научный Диснейленд, где в ноябре нас ждет самый захватывающий аттракцион».
Примечание редакции: актуальная информация о посадке доступна по ссылке .
Сегодня в истории современной космологии большой день, значимость которого едва ли удастся переоценить: Европейское космическое агентство сообщило о том, что спустя десять лет с начала полёта, с 2004 года, спускаемый зонд «Филы» успешно отделился от космического аппарата «Розетта» для последующего приземления на комету Чурюмова - Герасименко. Если миссия завершится успешно, «Филы» станет первым в истории искусственным зондом, которому удастся приземлиться на поверхность кометы.
Ожидается, что зонд проведёт серию экспериментов и замеров на поверхности космического тела, определит его химический состав и прольёт свет на эволюцию кометы.
Мы решили вспомнить всё самое интересное, что знаем о миссии, которая, возможно, позволит астрономам лучше понять процессы, происходившие во Вселенной сотни миллионов лет назад.
Общие сведения о проекте
«Розеттой» миссию назвали в честь одноимённого египетского города: в 1799 году археологи обнаружили здесь камень с образцами древнегреческих и древнеегипетских письмен. Розеттский камень стал своего рода азбукой, при помощи которой учёным удалось расшифровать египетские иероглифы. Стоимость миссии в переводе на сегодняшний валютный курс составляет 1,4 миллиарда евро.
Комета 67Р названа в честь советских украинских астрономов Клима Чурюмова и Светланы Герасименко, которые впервые обнаружили «пятнистое космическое тело» в 1969 году, запечатлев его на фотопластинке. 67Р - рабочий индекс кометы в каталоге подобных небесных тел. Самая известная из комет, комета Галлея, внесена туда под номером 1Р.
Комета Чурюмова - Герасименко является одной из многих комет Солнечной системы: на её краю существует Облако Оорта, состоящее из 12 миллиардов комет. Ближе к нашей планете есть пояс Койпера: там учёные насчитали около 5 миллиардов небесных тел. Время облёта внутренне собственной орбиты Солнечной системы кометой Чурюмова - Герасименко составляет 6,6 лет - это позволило учёным точно спланировать миссию.
История вопроса
История изучения комет Европейским космическим агентством богата: в 1986 году зонд «Джотто» пролетел в 600 километрах от кометы Галлея, собрав ряд важнейших данных и отправив их на Землю. Тогда учёные впервые узнали, что на кометах есть следы сложной органики. Позже этот же зонд прошёл в 200 километрах от кометы Григга - Скьеллерупа и сумел получить изображение ядра космического тела. В дальнейшем ЕКА сотрудничали с НАСА в запуске зондов Deep Space 1, Stardust и Deep Impact. В 2005 году при поддержке американских и европейских коллег японский зонд Hayabusa приземлился на астероид Итокава, а в 2011 году миссия НАСА Dawn позволила открыть и проанализировать астероид Веста.
Цель полёта «Розетты»
Главной целью миссии была и остаётся задача понять происхождение и эволюцию Солнечной системы. Состав кометы Чурюмова - Герасименко (или, как её ещё называют, 67Р) поможет учёным точно понять, из каких элементов состоит наше Солнце и как сформировалась наша планетарная система. Некоторые исследоваели предполагают, что кометы, которые бомбардировали Землю ранее, стали катализатором появления сложных органических молекул.
Дальность полёта
До стыковки с кометой «Розетте» пришлось пройти 6,4 миллиарда километров. Во время запуска корабля технологии для преодоления подобного расстояния не было изобретено, так что учёным пришлось схитрить: они запустили «Розетту» к Марсу, куда она долетела к 2007 году, раскрутили корабль по его орбите, сэкономив топливо, а затем трижды использовали гравитационное поле Земли для экономии горючего.
Трудности при стыковке
Сложность миссии «Розетта» заключается в потрясающих математических расчётах: учёным нужно было вычислить траекторию приземления космического аппарата, учитывая десятилетний полёт, скорость движения зонда в 135 тысяч км/ч и диаметр кометы в 4 километра. Если «Филы» удачно приземлится на поверхность 67Р, ему дастся получить сведения об ионном составе и химии хвоста кометы, а также, возможно, добраться до ядра космического тела.
Оснащение корабля
Практически полностью контролируемая с Земли «Розетта», размеры которой составляют 2,8 х 2,1 х 2 метра, оборудована несколькими видеокамерами, радио, спектрометрами и рядом датчиков, работающих в инфракрасном, ультрафиолетовом и микроволновом излучении. Скорость обработки сигнала занимает до 50 минут. Площадь раскладных солнечных батарей колеблется от 14 до 64 квадратных метров. В «Розетте», однако, есть что-то вроде круиз-контроля: небольшой бортовой компьютер, ухаживающий и заботящийся о зонде. Частичная автоматизация позволяет «Розетте», к примеру, разворачиваться по направлению к Солнцу, если мощность её батарей начинает снижаться.
На зонд «Филы» установлено специальное оборудование, которое позволит ему работать с кометой в «коме» - облаке пыли и газа, которое возникает, когда комета начинает активно взаимодействовать с солнечными ветрами. До этого момента комета считается «спящей» и неактивной, соответственно, полученные данные - неверными или недостаточно верными. Также на борту «Филы» находится специальный гарпун, выполняющий функции якоря: дело в том, что гравитация на космическом теле Чурюмова - Герасименко в несколько тысяч раз слабее земной, так что аппарат необходимо удерживать на поверхности 67Р.
Обработка данных
Полученные «Розеттой» химические образцы кометного льда будут проанализированы учёными на предмет схожести с земными элементами. Сегодня нам известно, что дейтерий, к примеру, является изотопом водорода; если его пропорции в океанической воде окажутся схожими с таковыми в комете, это позволит ученым сделать вывод о том, что пусть не вся, но какая-то часть земной воды «прилетела» на нашу планету из космоса. Похожее открытие уже было сделано, когда при помощи аппарата «Гершель» учёные провели параллели с земной водой и водородом кометы Хартли-2.
Полученные данные будут направляться в Земной научный сегмент «Розетты», в Европейский центр космический операций (ESOC) в немецком Дармштадте и в Европейский космический центр астрономии (ESAC) в Мадриде.
Длительность миссии
Миссия «Розетта» завершится в 2015 году - к этому времени комета достигнет своей ближайшей точки по отношению к Солнцу и начнёт возвращаться к внешней части солнечной системы. До этого времени модуль «Филы» будет работать на поверхности 67Р. К 15 ноября 2014 года «Филы» соберёт и отправит первую серию замеров, после чего развернёт солнечные батареи и переключится в режим полной автономии. Учёным доподлинно неизвестно, как долго «Филы» «проживёт» на поверхности космического тела, перед тем как будет уничтожен.
Возвращение «Розетты» домой
Высокая стоимость миссии «Розетта» не позволила сделать её обратимой - назад зонд уже не вернётся. Тем не менее, полученные им данные смогут навсегда изменить представление о возникновении жизни на Земле и дать ответы на фундаментальные вопросы устройства космоса.
«Розетта» - орбитальный космический аппарат Европейского космического агентства. Более десяти лет аппарат летел через Солнечную систему к комете 67P/Чурюмова-Герасименко, чтобы высадить на нее небольшую научную лабораторию «Филы» (Philae). «Филы» будут проводить анализ внутреннего и внешнего строения кометы, ее состава и происхождения. 12 ноября 2014 года зонд «Филы» успешно прицепился к комете, где будет проводить свою научную миссию. Это беспрецедентный шаг для науки и человечества в целом: преследовать и посетить комету с целью длительного исследования. Более тесный контакт с кометой был проведен только зондом Deep Impact, который врезался в комету для изучения состава ее ядра.
Прошло почти шесть месяцев с тех пор, как космический аппарат «Розетта» завершил свою деятельность по контролируемому спуску на поверхность кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Посадка, после которой «Розетта» уже не могла держать связь с Землей, возможно, ознаменовала конец сбора данных о комете - но не конец новостей о 67P. Архив информации, накопленный во время миссии, будет богатым источником материала на протяжении многих лет. По сути, фаза интерпретации данных миссии только началась.
Астрономы Европейского космического агентства с помощью зонда сделали важное открытие, которое может полностью перевернуть наши представления о формировании Солнечной системы. Учёные обнаружили большие объёмы чистого кислорода (O2), «сочащегося» из кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Кислород — достаточно распространённый элемент, но он легко вступает в реакции с другими элементами, поэтому почти всегда находится в составных молекулах вроде окиси углерода (CO), углекислого газа (CO2) или воды (H2O).
Столкновением с поверхностью кометы Чурюмова-Герасименко завершилась программа ее исследования зондом «Розетта».
30 сентября в 13:39 по московскому времени завершил свою миссию зонд Европейского космического агентства «Розетта», более двух лет исследовавший комету Чурюмова-Герасименко. Произошло это, как и планировалось, управляемым падением космического аппарата на поверхность кометы с высоты около 19 км. Оно стало результатом нескольких недель сложных маневров.
Место падения «Розетты» показано справа. Две другие стрелки указывают начальное и конечное положения посадочного модуля (изображение ESA/Rosetta/Philae/CIVA)
Регион падения зонда. (Изображение ESA/Rosetta/MPS)
Последняя фотография, сделанная зондом с высоты 20 м. Она имеет разрешение 5 мм на пиксель и охватывает область около 2,4 м в диаметре. (Изображение ESA/Rosetta/MPS)
Траектория падения зонда была нацелена на область активных ям в так называемом регионе Маат. Эти ямы представляют особый интерес, поскольку играют важную роль в активности кометы, именно там зарождаются многие из зарегистрированных плазменных струй. Кроме того, они обеспечивают уникальное окно, позволяющее увидеть внутреннее строение кометы. На стенках ям видны бугорчатые метровые структуры - «мурашки», которые, по мнению исследователей, могут быть следами кометезималей, которые, склеиваясь, образовывали кометы на ранних этапах формирования Солнечной системы.
Спуск в течение почти 14 часов дал возможность изучить газ, пыль и плазму кометы очень близко к ее поверхности, а также сделать ее изображения с очень высоким разрешением. Полученную информацию зонд успел передать на Землю еще до удара.
Решение о столь драматическом завершении миссии было принято после того, как комета снова вышла за пределы орбиты Юпитера и стала удаляться от Солнца настолько далеко, что получаемой солнечными батареями энергии скоро не станет хватать для работы аппаратуры. Кроме того, приближался месячный период, когда Солнце должно было находиться близко к линии прямой видимости между Землей и зондом, что затрудняет связь с ним. Это стало подходящим финалом для невероятных приключений «Розетты».
С момента запуска в 2004 году зонд «Rosetta» совершил более 5 оборотов вокруг Солнца, пройдя почти 8 миллиардов километров. За это время он три раза пролетел около Земли и по одному разу около Марса и двух астероидов. Космический аппарат пережил 31 месяц спячки в глубоком космосе на самой дальнем этапе своего пути, где не хватало энергии для поддержания его полноценного функционирования. После успешного пробуждения в январе 2014 года зонд, наконец, прибыл к комете в августе 2014 года. Затем в течении 786 дней он следовал рядом с кометой, следя за ее эволюцией во время приближения и удаления от Солнца, в том числе в момент наибольшего сближения с Солнцем.
«Розетта» стал первым в истории космическим аппаратом не только путешествовавшим вместе кометой, но и спустившим на нее в ноябре 2014 года исследовательский зонд.
В ходе миссии было сделано несколько важных открытий. В частности, обнаружено более высокое содержание тяжелой воды во льду кометы, что противоречит гипотезе о кометном происхождении воды на Земле. Совокупность результатов исследования структуры кометы и ее газопылевого состава указывают на рождение кометы в очень холодной области протопланетного облака во времена, когда Солнечная система еще формировалась, более 4,5 миллиарда лет назад. Большой интерес представляет обнаружение аминокислоты глицина, встречающейся в белках, фосфора – ключевого компонента ДНК и других органических соединений.
Миссия самого Зонда закончена, но полученные данные будут изучаться на Земле еще несколько десятилетий. Название миссии было дано в честь знаменитого Розетского камня, который сыграл решающую роль в понимании древнеегипетского языка. Исследователи полагают, что «Розетта» сыграет такую же роль в понимании природы комет.
