ВВЕДЕНИЕ

Автоматическая межпланетная станция (АМС) - беспилотный космический аппарат (КА), предназначенный для полёта в межпланетном космическом пространстве с выполнением различных поставленных задач.

АМС обычно предназначается для выполнения комплекса задач, начиная научно-исследовательскими проектами, и заканчивая политическими демонстрациями. Типичными объектами для исследовательских задач являются другие планеты, их естественные спутники, кометы и другие объекты Солнечной системы. При этом обычно производится фотографирование, сканирование рельефа; измеряются текущие параметры магнитного поля, радиации, температуры; химический состав атмосферы другой планеты, грунта и космического пространства вблизи планеты; проверяются сейсмические характеристики планеты. Накопленные измерения периодически передаются на Землю с помощью радиосвязи. Большинство АМС имеют двунаправленную радиосвязь с Землёй, что даёт возможность использовать их как дистанционно управляемые приборы. В данный момент в качестве канала для передачи данных используют частоты в радиодиапазоне. Исследуются перспективы применения лазеров для межпланетной связи. Большие расстояния создают существенные задержки при обмене данными, поэтому степень автоматизации АМС стремятся максимально увеличить.

Первой автоматической межпланетной станцией была «Луна-1», пролетевшая вблизи Луны. Наиболее известными АМС являются аппараты серии «Вояджер», «Венера», «Луна», «Маринер», «Пионер», «Викинг», «Галилео», «Вега», «Кассини», «Новые горизонты».

АМС могут обладать различной конструкцией, но обычно они имеют множество схожих особенностей. Источниками электроэнергии на борту АМС обычно являются солнечные батареи или радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Запас электроэнергии на случай возможных перебоев обеспечивает специальная аккумуляторная батарея. В приборном отсеке поддерживается температура, достаточная для нормального функционирования всех находящихся там устройств. Бортовая астроинерциальная навигационная система состоит из инерциальных датчиков, астрокорректора; совместно с наземными службами она определяет угловую ориентацию в пространстве и координаты. Для управления ориентацией в пространстве АМС использует гиродины, корректирующие ракетные двигатели. Для ускорения или торможения во время крейсерского полёта используются ракетные двигатели, а в последнее время -- электрические ракетные двигатели. Для радиосвязи используются преимущественно параболические и фазированные антенны, работающие на гигагерцовых частотах. Крупные АМС зачастую имеют разделяющуюся конструкцию. Например, по прибытию к планете назначения от АМС может отделяться спускаемый аппарат который обеспечивает мягкую посадку неподвижной планетарной станции или планетохода либо обеспечивает размещение в атмосфере аэростата с научной аппаратурой, а оставшаяся на орбите спутника планеты часть АМС-орбитальная станция может выполнять функции радио ретранслятора. Кассини-Гюйгенс (англ. Cassini-Huygens) -- автоматический космический аппарат, созданный совместно НАСА, Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством, в настоящее время исследующий планету Сатурн, кольца и спутники. Аппарат состоит из двух основных элементов: непосредственно станции Кассини и спускаемого зонда Гюйгенс (англ. Huygens probe), предназначенного для посадки на Титан. Кассини-Гюйгенс был запущен 15 октября 1997 года и достиг системы Сатурна 1 июля 2004 года. 25 декабря 2004 года зонд Гюйгенс отделился от главного аппарата. Зонд достиг Титана 14 января 2005 года и выполнил успешный спуск в атмосфере спутника. Станция Кассини при этом стала первым искусственным спутником Сатурна.

Рисунок 1 - «Кассини-Гюйгенс» в сборе

Основными целями миссии являются:

1) Определение структуры и поведения колец;

2) Определение геологической структуры и истории поверхности спутников;

3) Определение природы и происхождения тёмного материала на одном из полушарий Япета;

4) Исследование структуры и поведения магнитосферы;

5) Исследование поведения атмосферы Сатурна и структуры облачного покрова;

6) Исследование облаков и тумана в атмосфере Титана;

7) Определение характера поверхности Титана.

Первоначально миссия была запланирована до 2008, однако впоследствии продлена до лета 2010. 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года. Продленная миссия включает в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 -- с Энцеладом.

1. ВЫВЕДЕНИЕ НА ОРБИТУ. ПОЛЁТ К ПЛУТОНУ

Старт миссии состоялся 15 октября 1997 года. В космическое пространство аппарат выведен с мыса Канаверал (Флорида, США) ракетоносителем Titan 4B. Разгонный блок Centaur вывел АМС на траекторию полёта к Венере, для совершения первого гравитационного маневра. Идея миссии зародилась в далеком 1982 году, преодолевая на своем пути и сокращение финансирования, политическую критику и недовольство граждан, обеспокоенных экологическими проблемами.

Рисунок 2 - Старт РН «Titan 4B» с АМС «Кассини»

космический орбита сатурн бортовой

Рисунок 2 - Схема ПН РН «Titan 4B» с АМС «Кассини»

Станция Кассини вместе с зондом Гюйгенс в настоящее время являются самым большим функционирующим межпланетным комплексом. Орбитальный аппарат без зонда имеет массу 2150 килограммов. Вместе с Гюйгенсом, имеющим массу 350 килограммов, 3132 килограммами топлива и разгонным блоком, аппарат имеет массу 5600 килограммов. Только три станции имеют большую массу -- запущенные СССР зонды «Фобос -- 1», «Фобос -- 2» и российская АМС «Марс-96».

Рисунок 3 - Схема полёта АМС

Использовав для разгона гравитационные поля трёх планет зонд дважды (в 26 апреля 1998 и 24 июня 1999 гг.) пролетел мимо Венеры, набрав максимальную скорость 69.000 кмч. Затем “Cassini” вновь вернулся к Земле 18 августа 1999 г. за час и 20 минут до наибольшего приближения, Кассини приблизился на минимальное расстояние к Луне (377 000 км.) и сделал серию снимков. 30 декабря 2000 г. провел гравитационный манёвр в гравитационном поле Юпитера. В этот день Кассини приблизился к планете на минимальное расстояние и провёл ряд научных измерений. Также зонд сделал множество цветных изображений Юпитера, наименьшие видимые детали поверхности имеют размер примерно 60 километров в поперечнике. В это время стали наблюдаться перебои с системой ориентации, но вскоре они прекратились. В ЦУП сделали вывод, что в маховики управления временно попал космический мусор. К цели экспедиции - планете Сатурн, станция приблизилась 30 июня 2004 года, став её искусственным спутником. В ночь с 24 на 25 декабря зонд Гюйгенс отделился и начал своё движение к Титану. Скорость “Cassini” составляла во время орбитального полёта 15 кмс (21.600 кмч), а максимальная дистанция приближения - 19.800 км. Предполагалось, что “Cassini” выполнит 74 витка вокруг Сатурна и 45 витков вокруг Титана, но на деле миссия этой автоматической станции оказалась намного продолжительнее.

Рисунок 5 - График скорости КА

Рисунок 6 - Траектория полёта КА «Кассини» в окрестности Сатурна

Первое продление

15 апреля 2008 г. NASA объявило о продлении миссии на 2 года (до июля 2010 г.). Старт новой миссии, получившей название «Кассини Равноденствие» (англ. Cassini Equinox Mission), был запланирован на 1 июля 2008 г. Эта миссия включала 60 дополнительных облётов вокруг Сатурна, 26 сближений с Титаном, 7 с Энцеладом, и по одному с Дионой, Реей и Хеленой. С научной точки зрения Кассини также предстояло изучить кольца Сатурна, его магнитосферу и саму планету.

Второе продление

3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до сентября 2017 года. Первоначальное название продленной миссии было «Продленная миссия» (англ. extended-extended mission), но затем оно было изменено на «Кассини Солнцестояние» (англ. Cassini Solstice Mission). Продленная миссия включает в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 с Энцеладом. Первоначально предлагалось несколько вариантов того, что делать с аппаратом после окончания основной миссии:

· перевод аппарата на вытянутую орбиту, где аппарат не столкнётся ни с одним из спутников Сатурна (этот вариант сейчас является наиболее приоритетным);

· направить аппарат в атмосферу Сатурна (как это было сделано с зондом «Галилео»). Однако, для выполнения этого манёвра аппарату придётся пройти сквозь кольца планеты, что грозит потерей контроля над ним;

· аппарат можно увести с орбиты Сатурна и направить в другие области Солнечной системы (аппарат предлагают использовать для исследований Урана, Нептуна или каких-либо объектов пояса Койпера);

· также рассматривался вариант вывода аппарата на траекторию столкновения с Меркурием. В этом варианте было бы использовано гравитационное поле Юпитера. Это гипотетическое столкновение произошло бы примерно в 2021 на относительной скорости 20 км/с, что позволило бы изучить состав пород этой планеты.