Новые подробности миссии Rosetta-Philae

Год назад, 12 ноября 2014 года посадочный модуль (лэндер) Philae произвёл первую в истории посадку на поверхность ядра кометы. Не всё прошло, как планировалось, однако астрономы смогли получить много интересной информации и «выжать» из неудачной посадки всё, что смогли. До лэндера Philae кометы изучали издалека. В 1985 году через хвост кометы Джакобини-Циннера прошёл космический аппарат International Cometary Explorer (ICE), приборы которого с расстояния 8000 км показали, что вещество кометы состоит из грязи и льда. 6 и 9 марта 1986 года советские космические аппараты «Вега-1» и «Вега-2» изучали самую, наверное, известную комету Галлея с расстояния 8890 и 8030 км соответственно.

Впервые были получены снимки ядра кометы, измерен темп испарения льда, получена информация о пылевой обстановке и другие ценные научные данные. 8 марта с кометой сблизился японский исследовательский аппарат Suisei, изучая её в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. 13-14 марта 1986 года комету Галлея изучал европейский космический зонд Giotto. Он сблизился с ядром кометы до расстояния 596 км, используя данные пролетевших ранее советских зондов «Вега-1» и «Вега-2». Был определён размер ядра кометы Галлея (15х8х8 км), измерено альбедо ядра и его температура.

В 1996 году космический аппарат Ulysses, изучавший Солнце и его полюса, неожиданно прошёл через хвост кометы C/1996 B2 (Хякутакэ) и тем самым показал, что длина хвоста этой кометы составляет как минимум 3,8 астрономических единицы. 21 сентября 2001 г. космический зонд Deep Space 1 изучал комету Боррелли. 2 января 2004 года космический аппарат Stardust сблизился с кометой Вильда 2 на расстояние 240 километров, провёл её фотосъёмку и собрал образцы вещества из хвоста кометы, которые были доставлены на Землю 15 января 2006 года. 4 июля 2005 года космический аппарат Deep Impact сбросил на комету Темпеля 1 ударный модуль.

От удара модуля о поверхность ядра кометы поднялось облако льда и пыли, которое было изучено научными приборами космического аппарата. Оказалось, что пыли в огромном облаке, поднятом взрывом больше, чем льда, а по размеру пыль оказалась примерно, как тальк, а не как песок. Химический анализ вещества кометы показал наличие натрия, карбонатов и силикатов.

Комета Виртанен (точка в центре снимка)

Разработка миссии Rosetta началась в 1970-80-х годах совместно NASA и ESA. Однако первоначально цель миссии была другой. Предполагалось направить космический зонд к комете Виртанена/46P, взять образцы её грунта (10 кг) и вернуть собранный грунт на Землю. Однако, когда NASA вышло из проекта, его бюджет был серьёзно урезан. От идеи доставить кометное вещество на Землю отказались, и было решено направить к комете посадочный модуль и произвести исследования ядра кометы (Виртанена) на месте. Техническая реализация проекта началась в 1992 году.

В 2002 году всё было уже почти готово, но последовала авария европейской ракеты-носителя Arian – 5, с помощью которой Rosetta должна была отправиться к комете. Запуск кометной миссии пришлось отложить до выяснения причин аварии. Однако, комета Виртанена не могла остановиться и подождать, когда на Земле выяснят причины аварии ракеты-носителя и снова всё наладят. Поэтому для миссии Rosetta/Philae была выбрана другая цель — комета Чурюмова-Герасименко (67P). Научное оборудование космического аппарата Rosetta весило примерно 150 кг, а топлива аппарат взял на борт около 1670 кг.

Посадочный модуль Philae имел массу около 100 кг и был размером с большой холодильник или крохотный автомобиль. Для экономии топлива орбита космического зонда Rosetta была рассчитана так, чтобы использовать «гравитационную коррекцию орбиты» в окрестностях крупных планет, но из-за этого длительность полёта к комете растянулась на 10 лет.

Фотографии ядра кометы Чурюмова-Герасименко, полученные Космическим Телескопом Хаббла

Миссия успешно стартовала 2 марта 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане, а в марте 2014 года космический аппарат Rosetta прибыл к месту назначения и начал передавать первые изображение ядра кометы. Ранее в распоряжении астрономов были только снимки ядра кометы Чурюмова-Герасименко, сделанные Космическим Телескопом Хаббла (HST). Поскольку карты поверхности ядра кометы 67P у астрономов не было, место посадки лэндера Philae нельзя было выбрать заранее. С марта по ноябрь 2014 года специалисты выбирали место для посадки модуля Philae.

Чтобы спокойно посадить модуль на поверхность ядра кометы, нужна была ровная площадка, размером с футбольшое поле. Как выяснилось по результатам съёмки поверхности ядра аппаратом Rosetta, такого места на комете не оказалось. Поэтому специалистам пришлось выбирать «лучший из худших» участков для посадки. 11 ноября 2014 года всё было готово к посадке модуля Philae. Неполадки начались уже при его включении, лэндер «проснулся» только со второй попытки.

Затем обнаружилось, что не работает маленький двигатель в верхней части посадочного модуля, задачей которого являлось «прижать» Philae к поверхности ядра кометы во время посадки и не дать улететь ему в космос, когда Philae выпустит специальные гарпуны, чтобы зафиксировать своё положение на поверхности. 12 ноября 2014 года в 11:35 мск начался спуск лэндера к поверхности ядра кометы, который продолжался несколько часов. Когда Philae достиг поверхности ядра кометы, возникла неопределённость, что же там происходит на самом деле. Одни приборы свидетельствовали об успешной посадке, другие показывали, что лэндер вращается.

Затем выяснилось, что не сработали гарпуны, с помощью которых Philae должен был закрепиться на поверхности. В условиях низкой гравитации посадочный модуль оттолкнулся от поверхности ядра кометы и улетел в космос на километр, затем снова сблизился с поверхностью, снова отлетел и, наконец, с третьей попытки осуществил посадку. В 20:32 мск вращение лэндера прекратилось, Philae остановился, но, как выяснилось впоследствии, попал в углубление на поверхности ядра кометы. Это привело к нерасчётно малому облучению солнечных батарей лэндера солнечным светом и стало понятно, что запаса аккумуляторов аппарата хватит ненадолго, примерно на 60 часов. Поэтому команда управления посадочным модулем срочно внесла изменения в программу исследований, чтобы с минимальными затратами энергии получить максимум возможной информации и успеть передать её на Землю, пока в аккумуляторах сохранялся запас энергии. Так, бурение поверхности было решено отменить, поскольку эта операция была весьма энергозатратна.

Когда через 60 часов аккумуляторная батарея разрядилась, Philae «впал в спячку» при этом орбитальный аппарат Rosetta продолжал нарезать круги вокруг ядра кометы, проводить собственные исследования и передавать всё новые изображения ядра кометы. По мере приближения кометы 67P к Солнцу у команды, управляющей работой миссии, была надежда, что Philae проснётся, солнечные лучи попадут на солнечные батареи, аккумулятор лэндера зарядится и посадочный модуль продолжит свою работу. Philae просыпался 13 июня 2015 года, а потом ещё несколько раз. В июле 2015 года контакты с лэндером прекратились.

Изображение ядра кометы Чурюмова-Герасименко, сделанное 20 июля 2015 года КА Rosetta

При том, что Rosetta продолжает успешно изучать комету Чурюмова-Герасименко, можно ли считать миссию Philae неудачной? Да, бурение поверхности ядра кометы провести не удалось. Однако, когда Philae совершал прыжки над поверхностью ядра кометы, его масс-спектрометры обнаружили в кометном веществе органические молекулы (ранее найденные орбитальным аппаратом Rosetta в газопылевом облаке, которое окружает комету) и четыре органических вещества, которые ранее никогда на кометах не находили (ацетамид, ацетон, метилизоцианат и пропаналь).

Траектория, которую описал лэндер, подскакивая над поверхностью кометы и оставленные на ней следы, позволили сделать выводы о свойствах кометной поверхности. Оказалось, что сначала Philae столкнулся с мягким зернистым грунтом толщиной около 25 см, который покрывал более твёрдую поверхность, затем лэндер сел на плотный слой пыли и льда.

Посадочный модуль не смог измерить температуру под поверхностью из-за отменённой операции бурения, но сумел определить температуру на поверхности ядра кометы, которая, как выяснилось, на освещённой стороне ядра кометы колеблется от -183 oC до -143 oC. Также удалось провести «просвечивание кометы» с помощью прибора CONSER, который посылал сигнал от модуля Philae к аппарату Rosetta через ядро кометы. Анализ результатов этого эксперимента показал, что комета весьма пористая и 75-85% её объёма составляют пустоты. Также были переданы снимки поверхности в месте посадки.

Сейчас посадочный модуль Philae продолжает молчать, однако, орбитальный модуль Rosetta продолжает изучение ядра кометы 67P. Не так давно в составе облака кометы был обнаружен молекулярный кислород, что позволило пересмотреть представления об эволюции Солнечной системы. Комета Чурюмова-Герасименко в августе 2015 года прошла перигелий и продолжает удаляться от Солнца. Пока что предполагается, что миссия будет продолжаться до сентября 2016 года. Решение о завершении миссии ещё не принято окончательно, сейчас рассматривается сценарий, по которому Rosetta будет сближаться с ядром кометы, продолжать изучать его и передавать данные на Землю, пока не разобьётся о её поверхность.

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов