5.6. Космические аппараты в солнечной системе

(КА в режиме пролета и посадки (встречи ) – более 100 к телам СС, искл.Плутон )

NEAR – к Matilde и Eros (запуск в 1996г, в 2001 мягкая посадка);

CONTOUR – запуск в 2002 (в 2003 г. пролет кометы Encke);

STARDUST –запущен в 1999г, забор вещества кометы Вильда в 2004г и доставка его на Землю в 2006 году;

DEEP-IMPACT – запуск в 2004 (в июле 2005 – «встреча» с кометой Tempel-1);

ROSETTA –к комете Чурюмова/Герасименко (запуск в 2004, в 2011 мягкая посадка на комете Wirtanen, в 2014 встреча с кометой Ч/Г – 211 дней);

DAWN – к Церере и Весте (2007-2014), проект DAWN - запуск в 2007 году на орбиту малых планет Веста и Церера (2007-2015) с целью изучения происхождения и эволюции солнечной системы на ранних этапах.

Космический аппарат «NEAR-Shoemaker» (Near Earth Asteroid Rendezvous - Shoemaker) является одним из наиболее успешно осуществленных в США проектов космических миссий к астероидам. КА NEAR было присвоено имя Shoemaker в честь крупного американского ученого Юджина Шумейкера (1928–1997), который был не только одним из инициаторов данного проекта, но и внес большой вклад в понимание и разработку проблемы астероидной опасности. Он провел детальное изучение знаменитого Аризонского кратера (диаметр - 1200 м, глубина – 175 м, возраст - 49 тыс. лет) и доказал его ударное происхождение.

Основная цель проекта - всесторонние исследования одного из крупнейших астероидов, сближающихся с Землей, 433 Эроса. Он был открыт в 1898 году как первый из астероидов, орбита которого находится не в главном поясе астероидов, а заходит внутрь орбиты Марса и сближается с земной. Во время сближений он доступен для наземных наблюдений, из которых было известно, что астероид Эрос имеет средний размер около 20 км и очень вытянутую форму,что он относится к так называемым силикатным астероидам, вещество которых подобно лунному веществу. Это первый из астероидов, у которого были обнаружены периодические колебания блеска, связанные с вращением вокруг своей оси. Один оборот вокруг собственной оси Эрос делает всего за 5 час 16 мин, а полный оборот по орбите вокруг Солнца – за 1,76 года. Относительно большие размеры Эроса по сравнению с другими АСЗ и периодические сближения с Землей сделали его удобным для высокоточных позиционных наблюдений с целью уточнения так называемой астрономической единицы – меры расстояний в Солнечной системе, равной среднему расстоянию Земли от Солнца (1 а. е.=149,6 млн. км).

Первая встреча с Эросом состоялась в декабре 1998 года. Тогда КА прошел на расстоянии 4100 км от астероида и получил около тысячи его изображений с разрешающей способностью порядка 500 метров. Это были первые изображения астероида, сближающегося с Землей, которые, в частности, показали, что Эрос имеет очень вытянутую форму и кратерированную поверхность (рис. 2). Однако основные исследования Эроса были запланированы на второе сближение аппарата с астероидом в начале 2000 года, при этом КА должен был выйти на околоастероидную орбиту и стать искусственным спутником Эроса.

Рис. 5.11 433 Эрос с расстояния около 4000 км

В результате серии маневров КА «NEAR-Shoemaker» 14 февраля 2000 года сначала был переведен на почти круговую и довольно высокую орбиту вокруг Эроса, а затем постепенно снижен на орбиту высотой 35-50 км от поверхности астероида. На этой орбите аппарат должен был находиться около года, чтобы в течение этого времени выполнить всю запланированную программу исследований. Можно представить себе, насколько сложной и тонкой была работа по выполнению маневров и снижению аппарата на заданную орбиту, если учесть очень вытянутую и неправильную форму астероида, его относительно малый размер и большую удаленность от Земли. Во время всех этих маневров Эрос и КА находились от Земли на расстоянии около 225 млн. километров, что в 1,5 раза дальше, чем расстояние от Земли до Солнца. Время распространения сигнала (команды) до аппарата и назад составляло почти 25 минут. Работа по управлению аппаратом в этот период и на всех других этапах миссии действительно стало историческим достижением американской и мировой космонавтики.

12 февраля 2001 г. по команде с Земли был запущен двигатель аппарата и выполнен критический маневр, который перевел КА с круговой орбиты на траекторию контролируемого спуска на поверхность Эроса. КА совершил посадку на поверхность астероида со скоростью 1,9 метров в секунду. Эрос находился на расстоянии 316 млн. километров от Земли, и подтверждения выполнения посылаемых с Земли команд приходилось ожидать почти 35 минут. Два бортовых прибора были включены для работы непосредственно на поверхности астероида и передачи на Землю ценнейшей информации. Один из них - это магнитометр, измерял степень намагниченности пород на поверхности Эроса, чтобы потом сравнить с намагниченностью метеоритов (имеющихся в земных лабораториях), которые считаются осколками астероидов. А второй – гамма-спектрометр, измерял элементный состав пород, т. е. содержание различных химических элементов в породах. Гамма-спектрометр работал на поверхности Эроса семь дней и получил весьма ценную информацию. Это первый гамма-эксперимент на поверхности астероида, и его результаты крайне важны с точки зрения определения состава вещества, поисков воды, отбора образцов с поверхности, картирования вещества поверхности для возможной добычи полезных ископаемых в будущем, изучения связей между метеоритами и астероидами и т.п.

В целом, после пяти лет напряженной работы в космосе, аппарат заслуженно «отдыхает» на поверхности Эроса. В месте посадки при полярной ночи температура поверхности снижается, примерно, до -150°С.

КА «Розетта» запущен ЕКА 2 марта 2004 года. Цель полёта — исследование кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Аппарат состоит из двух частей: собственно зонда «Розетта» (англ. Rosetta space probe) и спускаемого аппарата. Название зонда происходит от знаменитого Розеттского камня — легендарного артефакта, с помощью которого учёные смогли расшифровать древнеегипетские иероглифы.

С помощью космического аппарата «Розетта» планируется узнать как выглядела солнечная система до того, как сформировались планеты. «Розетта» должна приблизиться к комете и запустить к ней спускаемый аппарат, который подойдёт к комете с относительной скоростью 1 м/с и при контакте с поверхностью выпустит два гарпуна, так как слабая гравитация кометы не способна удержать аппарат, и он может просто отскочить. После высадки аппарата на комкту, начнётся определение параметров ядра кометы; исследование химического состава; изучение изменения активности кометы со временем.

Планируемый ход миссии: Пролёт мимо Марса (февраль 2007); Встреча с астероидом Штейнс (5 сентября 2008); Встреча с астероидом Лютеция (10 июля 2010); Приближение к комете Чурюмова — Герасименко (январь — март 2014); Картографирование кометы (август 2014); Высадка спускаемого аппарата (ноябрь 2014); Полёт с кометой вокруг Солнца (ноябрь 2014 — декабрь 2015)

Рис.5.12 Космический аппарат Розетта