О космической миссии, которая два раза была под угрозой срыва, но благодаря здравому смыслу и рассудку американских чиновников все же состоялась.

15 сентября 2017 года орбитальный аппарат “Кассини” — один из грандиознейших примеров совместной работы международной группы ученых — закончит свою миссию по изучению Сатурна и его системы. Примерно в 15:00 по МСК зонд войдет в верхние слои атмосферы газового гиганта, распадется на мелкие части и сгорит, словно метеор. Однако до самого конца “Кассини” попытается удерживать свою антенну направленной на Землю, чтобы передавать “домой” последние данные о внутреннем мире «властелина колец».

За почти 20 лет работы в космосе межпланетная станция совершила множество открытий. Благодаря “Кассини” мы поняли, как сформировались и из чего состоят кольца Сатурна (по сути, аппарат подтвердил гипотезу американского ученого Ларри Эспозито, который говорил, что кольца состоят из ледяных кусков разрушенных мелких спутников планеты), узнали о наличии у газового гиганта атмосферного феномена — необычного шестиугольника, узнали о существовании гроз, полярных вихрей; аппарат помог обнаружить на спутнике этой гигантской планеты — Энцеладе — океан жидкой воды, спрятанный под слоем толстого льда, а также объяснить причину “двуликости” другого спутника Сатуна — Япета (одно из его полушарий блестит как снег, другое черное словно покрыто копотью).

Без преувеличения скажем, что “Кассини” полностью изменил наше представление об облике Сатурна и об устройстве его спутников. Цитируя Джима Грина, главу планетарных исследований NASA, хочется отметить, что продолжая традиции великих космических исследователей, этот научный аппарат проложил новый путь, показав нам новые чудеса и то, куда в ближайшем будущем нас может завести наше любопытство.

Как начиналась миссия “Кассини-Гюйгенс”

В конце 1970-х — начале 1980-х три аппарата NASA (Pioneer-11, Voyager-1, Voyager-2) пролетели мимо Сатурна и передали в центр управления полетами космического агентства серию снимков этой планеты и ее спутников, сделанных с относительно близкого расстояния. Ученые впервые смогли разглядеть кольца газового гиганта. Выяснилось, что они состоят из сотен тысяч маленьких кусочков неизвестного происхождения и самого разного диаметра, а некоторые из колец каким-то необъяснимым образом даже переплетаются! Что еще поразило ученых, так это спутник газового гиганта Титан. Он значительно отличался от того представления о нем, которое ранее существовало в головах ученых. Это был холодный мир, превосходящий по своим размерам Меркурий, с очень плотной атмосферой, настолько плотной, что ни один из трех зондов так и не сумел разглядеть его поверхность.

Полученные данные только подогрели интерес астрономов к “властелину колец” и его спутникам. В 1982 году была создана рабочая группа, в которую вошли представители NASA и ESF (Европейский фонд науки), по планированию программы следующей после Вояджеров “флагманской” миссии. На заседании группы было принято решение построить совместными усилиями космический аппарат для исследования Сатурна и его системы.

По замыслу ученых, аппарат должен был состоять из двух частей: орбитальной станции “Кассини” (названа в честь французского астронома Джованни Кассини, который в 1665 году открыл четыре спутника Сатурна: Япет, Диону, Тефию, Рею) и спускаемого модуля “Гюйгенс” (назван в честь нидерландского астронома Христиана Гюйгенса, открывшего Титан и кольца Сатурна), предназначенного для посадки на Титан. Стоимость проекта оценивалась в $2,5 млрд, но затем выросла почти до $ 3,6 млрд. Большую часть средств, около $3 млрд, внесло NASA.

Так проект «Кассини-Гюйгенс» стал одним из самых дорогих в истории NASA и одним из первых, в котором приняли участие не только специалисты из США, но и их коллеги из ESA (Европейское космическое агентство) и ASI (Итальянское космическое ведомство).

В 1984 году начались работы по созданию системы “Кассини-Гюйгенс”, а в 1992 и 1994 возникли первые проблемы. Миссия оказалась под угрозой срыва, конгресс США не хотел выделять дополнительные деньги на разработку исследовательского аппарата. Но первой американской женщине-астронавту Салли Райд, обладавшей в то время огромным влиянием, и ее коллегам удалось убедить конгрессменов, и средства поступили в бюджет NASA.

Через три года, в 1997-м, на космодроме на мысе Канаверал во Флориде уже стояла ракета-носитель Titan IVB, готовая вывести на орбиту один из самых больших когда-либо построенных людьми исследовательских аппаратов.

Конструкция аппарата

Космический исследователь, чья миссия — раскрыть величие Сатурна, происхождение, состав его колец и природу спутников, представляет собой аппарат высотой 10 метров и весом около 6 тонн на момент старта (половину веса занимало топливо). Он оснащен 18 научными приборами и камерами (12 установлено на станции и 6 на спускаемом модуле), способными выполнять точные измерения в любых атмосферных условиях и фотографировать в различных спектрах света.

Орбитальная станция “Кассини” с помощью специальных фильтров может “видеть” Сатурн и его спутники на тех длинах волн, которые недоступны для человеческого глаза (такие фильтры помогают специалистам узнать, как именно атмосфера планеты отражает и поглощает определенные длины волн солнечного света). Кроме того, установленные на борту станции инструменты могут “чувствовать” магнитные поля и крошечные пылевые частицы, которые человек никогда не ощутит.

Связь. Станция может передавать данные и принимать информацию через четырехметровую антенну высокого усиления (HGA), либо, в случае чрезвычайной ситуации, через одну из двух антенн низкого усиления(LGA). Все три инструмента разработаны Итальянским космическим агентством.

Основная антенна (HGA) также используется как прибор для работы с радиосигналами, проходящими через атмосферу Титана, Сатурна и кольца планеты. Эти сигналы изучают для того, чтобы определить размер частиц колец и атмосферное давление газового гиганта.

Двигатели. На станции установлено два комплекта реактивных двигателей: два основных — для выхода на расчетную траекторию, и 16 запасных малой тяги — для ориентации зонда, малых маневров и коррекции орбиты. Лишь 1% времени в пути до Сатурна посланник Земли провел с включенными двигателями.

Генераторы. Во время создания “Кассини” было принято решение, что работать станция будет не на энергии Солнца (из-за удаленности Сатурна от нашей звезды солнечные панели малоэффективны), а на основе радиоактивного плутония-238. Для этого были разработаны три радиоизотопных термоэлектрических генератора, в которых помещалось 32 кг радиоактивного плутония. Специалисты посчитали, что такого запаса топлива должно хватить до конца миссии для маневров, торможения, выхода на орбиты, обеспечения энергией приборов.

Приборы прямого и дистанционного зондирования. Эти инструменты представляют собой различные спектрометры и радары, которые могут делать замеры с большого расстояния. Они измеряют:

— электрические заряды частиц;
— плазму и солнечный ветер в магнитосфере планеты;
— направление, размер и скорость движения пылинок, находящихся рядом с газовым гигантом;
— инфракрасные волны, исходящие от космических тел, чтобы узнать температуру и состав этих объектов;

— исследуют молекулы ионосферы Сатурна;
— сканируют поверхность спутников газового гиганта и моделируют карты этой поверхности, измеряют высоту гор и каньонов на ней при помощи радиосигналов.

Магнитометр. На станции установлена специальная штанга, которая может выдвигаться вперед на 11 метров. Это магнитометр. Предназначен он для измерения магнитного поля вокруг Сатурна и составления 3-D карты магнитосферы планеты.

Компьютер. Все научные инструменты, установленные на станции, снабжены собственными микрокомпьютерами. Основной компьютер — GVSC 1750A, разработанный компанией IBM, застрахован от ошибок и сбоев многоступенчатой системой защиты.

Система ориентации. Как и древние моряки, космический зонд ориентируется по звездам. В память датчиков станции команда NASA заложила звездную карту из пяти тысяч звезд. Ориентация в космическом пространстве происходит следующим образом: каждую секунду датчики делают не менее десяти широкоугольных снимков звездного неба, сравнивают их с картой, заложенной в памяти, и определяют расположение аппарата в космическом пространстве. Информация о движении станции обновляется с частотой 100 раз в секунду.

Спускаемый модуль “Гюйгенс” — детище Европейского космического агентства. Он представлял собой аппарат шириной 2,7 метров и весом около 320 килограммов с толстой защитной оболочкой, которая спасала его от перегрева во время спуска на Титан.

“Гюйгенс” был собран из двух частей: защитного модуля и спускаемого модуля. Защитный модуль состоял из оборудования, отвечающего за отделение от “Кассини” и теплозащитного экрана, предотвращающего перегрев при входе в атмосферу Титана. Спускаемый модуль был оборудован тремя парашютами, отвечающими за спуск, и серией научных приборов:

HASI — инструмент для измерения атмосферы. Прибор был оборудован специальными датчиками, которые в момент спуска “Гюйгенса” измеряли физические и электрические свойства атмосферы Титана;

DWE — прибор для измерения скорости ветра на поверхности спутника Сатурна;

DISR — прибор для измерения радиационного баланса (или дисбаланса) толстой атмосферы Титана;

GCMS — прибор представлял собой универсальный газовый химический анализатор, который идентифицировал и измерял химические вещества в атмосфере Титана;

ACP — инструмент предназначался для анализа аэрозольных частиц, извлеченных из атмосферы Титана;

SSP — комплект датчиков, предназначенных для определения физических свойств поверхности Титана в месте спуска. Эти датчики определяли, была поверхность твердой или жидкой.

Путь к Сатурну

Миссия «Кассини-Гюйгенс» была запущена 15 октября 1997 года. Чтобы вывести на орбиту столь тяжелый аппарат, напомним, его вес составлял около 6 тонн, специалисты использовали одну из мощнейших в то время ракет-носителей Titan IVB.

Чтобы придать посланнику Земли требуемое направление полета и необходимую стартовую скорость, между ракетой и зондом был поставлен дополнительный разгонный блок “Центавр”.

Вместо прямого маршрута к Сатурну (в этом случае в аппарат необходимо было бы “залить” 68 тонн дополнительного топлива — ноша, с которой не справится ни одна ракета в мире), было принято решение проложить для станции более сложный путь: c двумя гравитационными маневрами около Венеры в 1998 и 1999 годах, одним у Земли в августе 1999 года и еще одним у Юпитера в 2000 году. Каждый маневр дал “Кассини” дополнительное ускорение (за счет собственного движения планеты и гравитационного притяжения), что позволило аппарату добраться до Сатурна с практически нулевым расходом топлива. Единственный минус такого способа передвижения — время, используя гравитационный маневр, ученые потеряли, в среднем, около четырех лет, но это незначительная цена, учитывая важность миссии.

Практически весь путь до Сатурна “Кассини” провел с выключенными приборами, они “просыпались” лишь когда аппарат пролетал рядом с планетами или их спутниками, чтобы запечатлеть эти объекты. Во время гравитационного маневра возле Юпитера зонд сделал порядка 30 000 фотографий этой планеты.

В январе 2004 года команда NASA постепенно начала выводить аппарат из “спячки”, включая все больше и больше инструментов. По мере приближения к Сатурну, “Кассини” делал потрясающие снимки планеты. Взору камер представал величественный Сатурн, тень которого ровно ложилась на кольца планеты. Таким “властелина колец” земляне еще не видели никогда.

“Кассини” добрался до места назначения 1 июля 2004 года. Аппарат проскочил между двумя тонкими внешними кольцами F и G, и станция начала тормозить, включился один из основных ее двигателей, который проработал около 100 минут, потратив лишь 850 кг топлива. Во время торможения “Кассини” был развернут таким образом, что его главная антенна служила своего рода защитой для хрупких приборов аппарата от крошечных частичек пыли. Было зафиксировано порядка 100 тысяч попаданий в корпус станции, но, к счастью, серьезных столкновений не произошло, и аппаратура осталась неповрежденной.

Когда двигатель замолк, стало ясно, что мечта ученых сбылась — аппарат оказался на орбите Сатурна целым и невредимым. Семилетнее путешествие к газовому гиганту закончилось, и станция приступила к исследованию планеты и ее спутников.

Титан и спуск модуля “Гюйгенс”

“Кассини” не был первым аппаратом посетившим планетарную систему Сатурн (до него это сделали Pioneer-11 и Voyagers), но был первым, кто должен был в ней остаться. Именно поэтому станция несла с собой уникальное оборудование — спускаемый модуль “Гюйгенс”. Он должен был приземлиться на самом крупном спутнике Сатурна Титане и провести серию исследований.

Первое знакомство «Кассини» с Титаном произошло на следующий день после выхода аппарата на орбиту Сатурна. Это был нулевой пролет на расстоянии почти 400 000 км от спутника, своего рода “разведка местности” перед отделением “Гюйгенса”. Правда, съемку Титана “Кассини” начал еще в мае, когда станция только подлетала к “Властелину колец”. Фотографирование в инфракрасном диапазоне позволило выявить на покрытом завесой плотных облаков спутнике некоторые детали рельефа. Однако понять, что же представляют собой светлые и темные пятна на снимках у ученых не получалось. Невозможно было даже различить, где возвышенности, а где впадины.

Еще одна, на этот раз более близкая встреча с гигантским спутником состоялась в октябре, когда «Кассини» заканчивал первый виток вокруг Сатурна. Это сближение стало более результативным. Аппарат приблизился к Титану на расстояние 1200 км, это в 300 раз ближе, чем при первом “знакомстве” с объектом. Фотографии, сделанные в высоком разрешении, просто завораживали. Титан предстал перед учеными во всей красе. Впервые специалисты увидели, что находится под завесой его плотной атмосферы. На фото проступали детали рельефа, пятна размером с континент, напоминающие гладь моря с заливами и островами. Этот регион получил название Ксанаду, его происхождение и география до сих пор остается загадкой.

Именно в этом районе со сложным рельефом и должен был приземлиться “Гюйгенс”. Чтобы осуществить посадку модуля, «Кассини» снова необходимо было подойти к Титану, на этот раз на расстояние чуть более 2 000 километров. 25 декабря “Гюйгенс” был “отстрелен” от “Кассини”, а 15 января “сел” на поверхность самого большого спутника Сатурна.

Спускаемый модуль стал первым рукотворным объектом, совершившим мягкую посадку во внешней Солнечной системе.
Во время спуска, который занял 21 день, рельеф местности начал распознаваться лишь на высоте 74 км, и когда были получены первые снимки, сделанные модулем в час посадки, ученые очень удивились. Например, на фото они обнаружили темные дренажные каналы, говорящие о том, что в них когда-то текли метановые реки. Было выяснено, что на Титане есть большие моря, правда, только на полюсах.

Также модуль смог записать звуки ветра на Титане, благодаря установленному на его борту микрофону.

В общей сложности, “Гюйгенс” передал “Кассини” более 500 мегабайт информации, к сожалению, большая часть данных была утрачена из-за сбоя в компьютерной системе.

Модуль проработал на поверхности Титана 72 минуты 13 секунд — именно столько времени “Кассини” принимал сигналы от “Гюйгенса”, затем орбитальная станция скрылась за горизонт, и сигналы прекратили поступать.

Энцелад

Во время своей миссии “Кассини” смог изучить шестой по величине спутник Сатурна — Энцелад, привлекший внимание ученых из-за удивительных гейзеров, выбрасываемые вещества которых стали основным материалом для кольца Сатурна E. Эти струи появляются из так называемых криовулканов, выбрасывающих воду и летучие вещества вместо лавы. “Кассини” определил более 100 таких гейзеров, которые ежесекундно выбрасывают в космос 200 кг воды. Часть ее оседает на поверхность Энцелада в виде снега, а часть “вливается” в кольцо E. Эти гейзеры показывают, что Энцелад — геологически активный мир, подогреваемый изнутри. Раз на глубине происходит нагрев и есть лед на поверхности, значит, спутник должен обладать залежами воды, которая может находиться в подповерхностном океане и иметь глубину в пару десятков километров.

Наличие океана воды под поверхностью может значить, что у Энцелада есть все необходимое для зарождения жизни.

Другие открытия “Кассини”

В 2010 году руководство NASA объявило, что не смотря на то, что срок службы аппарата практически вышел, он продолжит свою работу на орбите Сатурна еще семь лет, до 2017 года. За это время станция сделала немало открытий.

1. Кассини собрал массу полезных данных о Титане. Он определил местоположение залежей углеводородов, выяснил, что погода на Титане временная, и что большая часть его поверхности состоит из замерзшей воды. “Кассини” помог ученым понять, что Титан — весьма интересный для исследований мир с разреженной атмосферой, залежами жидкого метана и, вероятно, с наличием жидкой воды.

2. На других спутниках Сатурна Дионе и Рее автоматическая станция нашла тектонические образования — обрывы и ледяные хребты. “Кассини” так же обнаружил на этих двух спутниках разреженную атмосферу, состоящую из углекислого газа и кислорода.

3. Межпланетная станция помогла ученым объяснить эффект “двуликости” Япета — третьего по размеру спутника Сатурна и открыла на его поверхности необычный горный хребет более 13 км высотой и 20 км шириной, опоясывающий спутник почти на 1300 км.

Этот спутник долго не давал астрономам покоя. Ученые пытались понять причины, по которым один полюс Япета бывает черным, а другой белым. “Кассини” приоткрыл завесу тайны. Оказалось, такие различия в окраске обусловлены пылью. Метеориты, которые падают на поверхность далеких спутников Сатурна, “выбивают” ее оттуда, и она оседает на ведущем полушарии Япета, то есть на том полушарии, которым он движется вперед по орбите. Покрытые пылью участки нагреваются сильнее, чем соседние регионы, и лед с них испаряется и конденсируется там, где температура поверхности ниже: на ведомой стороне и в околополярных областях.

Грандиозный финал “Кассини”

Команда NASA подготовила весьма захватывающий конец для миссии “Кассини”. После 20 лет службы аппарат сгорит в атмосфере Сатурна. Произойдет это, по расчетам ученых, 15 сентября 2017 года. Такой финал выбран специалистами преднамеренно. Дело в том, что когда “Кассини” выработает все свое топливо, его орбита будет становиться все менее и менее предсказуемой, а значит, появится риск, что зонд может столкнуться с одним из двух спутников гиганта - Энцеладом или Титаном, и занести на них живые организмы. А как мы знаем, эти два объекта представляют собой весьма активные геологические миры, которые могут обладать всеми необходимыми условиями для развития земной жизни.

26 апреля 2017 года межпланетная станция начала выполнять серию из 22 витков между Сатурном и его кольцами, постепенно приближаясь к верхним слоям атмосферы газового гиганта. В час последнего облета аппарат окунется в Сатурн, попытавшись удержать антенну направленной на Землю, пока будет передавать свое последнее сообщение. Затем путешествие закончится, и “Кассини” станет частью газового гиганта: станция распадется на обломки и сгорит.

На момент написания этого материала, “Кассини” преодолел в общей сложности 7,9 миллиардов километров и успел передать 635 гигабайт данных.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Сегодня автоматическая межпланетная станция «Кассини» закончила свой космический путь, который длился без малого 20 лет. Станция сгорела в атмосфере Сатурна, но до последнего момента передавала NASA информацию со своих датчиков.

Аппарат вошёл в атмосферу одной из самых крупных планет Солнечной системы ещё 17 августа. Миссия «Кассини» заключалась в исследовании Сатурна, сборе данных об атмосфере, скорости ветра и температуры на поверхности планеты.

Дитя холодной войны

История грандиозной по своему масштабу миссии «Кассини-Гюйгенс» началась в 1982 году, когда Европейский научный фонд и Американская национальная академия наук объединили усилия для совместных исследований. Тогда европейские учёные предложили два совместных проекта: отправку спутника на орбиту Сатурна и зонда на поверхность спутника планеты — Титана. К 1986 году удовлетворительное заключение о потенциале этих миссий выдали NASA и Европейское космическое агентство (ЕАК).

Хотя проект исследования Сатурна и его спутника носил исключительно научный характер (в отличие от многих других космических проектов, которые были прямо или косвенно связаны с военными разработками), здесь также не обошлось без политики. В те годы NASA мало считалось с европейскими коллегами, принижая их научный и исследовательский потенциал, и европейские исследователи космоса охотно шли на сотрудничество с Советским Союзом. Достаточно отметить, что первый космонавт Франции отправился в полёт на советском корабле «Союз Т-6».

В NASA решили, что пора исправлять ситуацию и нужно протянуть руку дружбы европейским коллегам, так как советская конкуренция в космической отрасли ощущалась всё сильнее. Так на свет появился проект «Кассини-Гюйгенс».

Долгая дорога в космосе

После окончания холодной войны проект собирались свернуть, но NASA настояло на его продолжении: в агентстве опасались, что отказ от «Кассини-Гюйгенса» сильно разочарует европейских коллег, а это могло сказаться и на других сферах сотрудничества.

15 октября 1997 года аппарат, над которым трудились представители 15 государств, отправился в полёт с мыса Канаверал. Обе идеи — выход на орбиту Сатурна и исследование Титана — объединили в одну концепцию «Кассини-Гюйгенс», где «Кассини» — название орбитальной станции, а «Гюйгенс» — аппарата, предназначенного для спуска на Титан.

Полёт к Сатурну продолжался несколько лет. Можно было бы сказать, что он сопровождался «множеством приключений», но все они являлись частью сложных расчётов, в которых принимали участие сотни специалистов. «Кассини-Гюйгенс» использовал для манёвра и ускорения гравитационное поле Венеры, с большим риском проходил сквозь пояс астероидов и лишь в 2004 году достиг лун Сатурна.

• JPL-Caltech

В декабре 2004 года зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и направился к Титану, где совершил посадку 14 января 2005 года. А «Кассини» вышел на орбиту Сатурна.

Времена года, гейзеры и космическая пыль

Благодаря «Кассини» было совершено множество открытий, не говоря уже о фотографиях, которые были сделаны в том числе во время полёта аппарата к Сатурну. К примеру, учёным удалось получить самый детальный портрет Юпитера.

• Юпитер
• globallookpress.com
• NASA/ZUMAPRESS.com

В 2011 году аппарат смог снять ураган, который обогнул Сатурн и замкнулся, образовав кольцо в атмосфере планеты. Благодаря «Кассини» были обнаружены ранее неизвестные спутники Сатурна, которые вращаются вместе с его кольцами: Метона, Паллена, Эгеон и другие.

Самым впечатляющим из открытых спутников Сатурна оказался Энцелад: к 2014 году на его поверхности насчитали более ста гейзеров.

• Энцелад
• JPL-Caltech/Space Science Institute

По мнению учёных, под ледяной поверхностью Энцелада может находиться вода. Теоретически это говорит о возможности существования жизни на спутнике Сатурна.

Доставленный с помощью «Кассини» на поверхность Титана «Гюйгенс» проработал очень недолго. Но за те 219 минут, в течение которых «Кассини» принимал его сигнал, «Гюйгенс» успел передать около 350 фотографий Титана и множество данных о поверхности и атмосфере планеты.

«Кассини» продолжал удивлять даже в последние месяцы своей работы. В мае 2017 года аппарат снял солнцестояние на Сатурне, которое происходит раз в 15 лет. Теперь учёным известно, что времена года на планете сменяются очень быстро.

«Во время миссии «Кассини» по наблюдению за солнцестоянием мы впервые с близкого расстояния проанализировали целый сезон на Сатурне. Система Сатурна значительно изменяется от зимы к лету, и благодаря «Кассини» мы наблюдали за этим событием «с первого ряда», — рассказала Линда Спилкер, научный сотрудник проекта из лаборатории реактивного движения.

Также благодаря «Кассини» было окончательно доказано, что между кольцами Сатурна нет пыли, а пространство между ними является «большой пустотой».

Зонд Cassini заснял свой последний полет мимо Энцелада, спутника Сатурна. Детальные снимки переданы на Землю в NASA.

Энцелад является одним из самых таинственных и интересных естественных спутников Сатурна. Его изучением с 2004 года занимается зонд Cassini, который запустили для исследования шестой планеты от Солнца и ее спутников. Недавно космический аппарат передал NASA фотографии Энцелада во время своего последнего полета мимо него.

В американском аэрокосмическом ведомстве рассказали, что благодаря зонду стало известно о потенциальной возможности существования на поверхности "ледяной луны" гейзеров. Именно по этой причине ученые начали тщательно изучать снимки в надежде обнаружить другие следы жидкой воды на Энцеладе. За 12 лет Cassini выяснил, что под ледяной поверхностью спутника скрывается огромный океан, в водах которого может существовать жизнь.

По расчетам экспертов в пятницу, 15 сентября, зонд Cassini завершит свою миссию и сгорит в плотных слоях атмосферы. За время своей работы аппарат совершил 22 витка вокруг второй по размеру планеты Солнечной системы. Межпланетная станция неустанно приближается к Сатурну, месту своей гибели.

Последние 13 лет космический аппарат «Кассини» безмолвно менял наше понимание Солнечной системы. Миссия «Кассини» - совместный проект американского аэрокосмического агентства NASA и Европейского космического агентства стоимостью 3,62 миллиарда долларов – заключалась в изучении газового гиганта Сатурна и его многочисленных лун. Но уже завтра эта миссия подойдет к своему в буквальном смысле пылающему концу. В пятницу, в 7:55 по восточному времени Земля перестанет получать данные от «Кассини», так как аппарат со скоростью метеора упадет в атмосферу Сатурна и будет целенаправленно уничтожен. К этому моменту астрономы готовились многие годы.

Все инструменты космического аппарата по-прежнему отлично работают, однако продолжительная миссия израсходовала практически все топливо, необходимое для коррекции орбитальной траектории движения зонда вокруг Сатурна. Но вместо того, чтобы просто позволить аппарату выйти из-под контроля и, возможно, разбиться где-нибудь еще, команда управления миссией запрограммировала компьютер зонда на вхождение в атмосферу Сатурна, чтобы уберечь спутники планеты и любые вероятные формы жизни, находящиеся на них.

Несмотря на все заслуги этого космического аппарата, «Кассини», если можно так выразиться, всегда был аутсайдером. Его миссия не была такой яркой, как миссия аппарата «Новые горизонты», пролетевшего мимо Плутона, или любой другой миссии, связанной с Марсом, куда за пару последних десятилетий американское агентство отправило не один посадочный модуль и ровер. Темы, связанные с миссией возле Сатурна, редко составляли главные заголовки новостей. Однако отсутствие хайпа никоим образом не снизило градус научной важности открытий, которые совершил «Кассини».

Если отбросить формальности, то началась она 15 октября 1997 года, когда на борту ракеты-носителя Titan IVB/Centaur «Кассини» был выведен на орбиту Земли. Запуск был совместным – ракета-носитель выводила также на орбиту и зонд «Гюйгенс», построенный Европейским космическим агентством. Этот аппарат был разработан для высадки на крупнейший спутник Сатурна Титан, откуда он смог бы передавать научные данные исследователям на Землю.

Запуск происходил не без эксцессов. Были люди, протестовавшие против запуска «Кассини» из-за опасения загрязнения среды плутониевым топливом, на основе которого работает космический аппарат. Перед отправкой «Кассини» физик Мичио Каку заявил, что если запуск окажется неудачным и произойдет взрыв ракеты, то радиоактивный материал осыплется дождем на людей, находящихся возле стартового комплекса. Агентство NASA и правительственные структуры поспешили уверить всех в том, что такая ситуация просто невозможна. К счастью, в конечном итоге запуск действительно прошел без каких-либо проблем.

Два космических аппарата прибыли к Сатурну спустя 7 лет с момента их запуска со стартового комплекса на мысе Канаверал. «Гюйгенс» высадился на Титан 14 января 2005 года. С тех пор «Кассини» совершил множество орбитальных оборотов вокруг планеты и ее спутников. Благодаря ему мы получили возможность по-новому взглянуть на эту систему, разобраться в особенности колец планеты.

Спутники

Начиная от громадного Титана и заканчивая крошечной луной Дафнис – наблюдения «Кассини» позволили узнать много нового о спутниках этой гигантской кольцевой планеты. Сатурн и его спутники в буквальном смысле можно рассматриваться как Солнечную систему в миниатюре.

Пан (похожий на пельмень)

Пять самых интересных открытий «Кассини»

Сложно перечислить весь вклад в планетарную науку, который внес «Кассини» за 13 лет своей миссии, но совсем несложно понять, как много эта миссия значит для ученых на Земле. Ниже будут представлены всего несколько самых важных открытий, совершенных этим зондом более чем за десятилетний срок его работы.

«Кассини» не только заметил, но и пролетел сквозь выбросы жидкой воды, выстреливаемой в космос из подповерхностного океана Энцелада. Открытие оказалось удивительным. Океан спутника, вполне возможно, имеет правильный химический состав, необходимый для жизни, что делает его одной из самых желанных целей для поиска внеземной жизни внутри Солнечной системы.

Наблюдая за Титаном, мы смогли узнать больше о себе. Исследование одного из самых больших спутников Сатурна открыло для нас сложный мир озер из жидкого метана и дюн из углеводородов. Для неподготовленного наблюдателя Титан может показаться похожим на Землю, но это явно чужая планета, представляющая собой идеальный пример разнообразия среди планетарных тел.

До момента отправки «Кассини» к Сатурну в 1997 году ученым было известно лишь о существовании 18 спутников, оборачивающихся вокруг кольцевого гиганта. Пока космический аппарат в течение семи лет двигался к этой планете, исследователи открыли еще 13 спутников. Однако сегодня, благодаря «Кассини», мы смогли выяснить, что Сатурн является «папой» аж 53 спутников.

За время своей работы «Кассини» удалось получить по-настоящему впечатляющие изображения Сатурна, но, возможно, самыми впечатляющими и одновременно уникальными являются фотографии полюсов планеты. Нам удалось в деталях рассмотреть шестиугольный поток атмосферных течений, окружающих мощный шторм, бушующий на северном полюсе Сатурна. Согласно NASA, площадь этого урагана в 50 раз больше, чем площадь среднестатистического урагана на Земле.

Перед кульминацией миссии «Кассини» занял положение между кольцами планеты и самим Сатурном. И как выяснилось, здесь невероятно спокойно. Вместо ожидаемых пылевых завихрений, мечущихся между планетой и кольцами, «Кассини» в рамках своих последних орбитальных облетов обнаружил абсолютно пустое пространство.

Миссия, по которой будут скучать

Хотя, как уже отмечалось выше, миссия «Кассини» была не такой яркой, как марсианские, она оказалась очень полезной для современной астрономии. Каждый месяц зонд отправлял на Землю по-настоящему уникальные, ранее невиданные изображения и новые научные данные. Многие начинающие астрономы построили свои карьеры на базе этих данных.

Завершение миссии станет настоящей потерей для научного и околонаучного сообщества. Особенно на фоне того, что, помимо зонда, который займется изучением спутника Юпитера Европы, у NASA и других космических агентств нет планов, по крайней мере в видимом будущем, продолжать изучение горизонтов удаленных миров Солнечной системы вроде Сатурна, Нептуна и Урана.

15 сентября 2017 г. в 04:55 PDT (11:55 UTC) Земля перестала слышать сигнал радиопередатчика Cassini. Завершив почти двадцатилетний полет и проработав более 13 лет в системе Сатурна, американский КА вошел в атмосферу планеты, до последней секунды передавая уникальные научные данные.

Cassini был запущен 15 октября 1997 г. и вышел на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 г. В течение 13 лет он сделал 293 витка вокруг планеты и совершил 162 близких пролета у ее спутников. Аппарат картировал их поверхности и измерял химический состав, отслеживал эволюцию сезонных процессов на Сатурне и Титане, изучал кольца планеты, ее магнитосферу, заряженные частицы и волны в космической плазме.

Краткий обзор орбитального «тура» Cassini, который продлился на девять лет больше изначально запланированного срока и состоял из нескольких последовательных миссий, был сделан в НК № 7, 2017.

«Великий финал» (Grand Finale) двадцатилетнего путешествия Cassini был задуман за семь лет до своего осуществления. Решение направить аппарат в атмосферу Сатурна было связано с опасениями за заражение земными микроорганизмами лун планеты - в особенности Энцелада с его подледным океаном, из которого бьют полярные гейзеры. Встреча с представителями земной биосферы, которые могли сохраниться в жизнеспособном состоянии на элементах конструкции КА, исказила бы облик местной жизни, если таковая имеется.

Последние пять месяцев

Начало финальной фазы экспедиции пришлось на исполняемый Cassini начиная с 11 апреля этап полетной программы S99. С 25 мая по 9 июля отрабатывалась командная последовательность S100, а с 10 июля и до конца – S101, в которую входило 10657 индивидуальных команд.

22 апреля 2017 г. состоялся последний целевой пролет Титана с гравитационным маневром, в результате которого нижняя точка орбиты КА сместилась под систему колец. Теперь аппарату предстояло сделать 22 витка по орбите наклонением от 62.4° до 61.7° с периодом 6.4 – 6.5 сут, каждый раз проходя в перицентре между видимой поверхностью и кольцами Сатурна и удаляясь примерно на 1.27 млн км от планеты в апоцентре.

Первый «нырок» состоялся 26 апреля на 271-м витке, когда Cassini пронесся на высоте 2800 км над вершинами облаков планеты на максимальной скорости 33.957 км/с. Область под кольцами оказалась практически свободна от пыли – прибор для регистрации радио- и плазменных волн RPWS отметил лишь несколько частиц размером 1 мкм и ниже. Это породило надежду на успех всех последующих пролетов и на выполнение научной программы, включающей картирование гравитационного и магнитного поля планеты, съемку и зондирование колец и поверхности Сатурна с минимальной дистанции и прямые измерения состава верхней атмосферы.

Из 17 первых пролетов самый низкий был 15 мая на высоте 2660 км, а самый высокий – 28 мая на высоте 3900 км над облаками Сатурна. Он также стал и самым глубоким проникновением КА во внутреннее кольцо D. Для изменения высоты перицентра между отдельными витками использовались пролеты Титана 23 мая на расстоянии 118 000 км и 10 июля на дальности 264 000 км, а также две небольшие коррекции. 10 мая был проведен маневр OTM-471 с приращением скорости всего 21 мм/с за счет включения двигателей на 14 секунд. Последняя коррекция OTM-472 была более значительной – 15 июля двигатели проработали 153.125 сек и изменили скорость КА на 143.64 мм/с.

11 августа Cassini прошел в 195 000 км от Титана, из-за чего высота перицентра КА уменьшилась на 1200 км. Поэтому в пяти последних пролетах КА «чиркал» по самой кромке атмосферы на высоте от 1710 км до 1630 км, и для поддержания ориентации использовались не маховики, а ЖРД малой тяги. Точные данные о высоте каждого из пролетов опубликованы не были; известно лишь, что рекордно низким был третий из них – 27 августа. Эти пять витков послужили репетициями финального входа Cassini в атмосферу.

При пересечении плоскости колец со скоростью от 33.6 км/с до 35.0 км/с Cassini, как правило, ориентировался остронаправленной антенной вперед по вектору скорости, чтобы защитить более «чувствительные» части от пылевых частиц. При «нырках» в кольцо D на 276-м и 277-м витках, однако, пыли оказалось мало, и на 281-м было решено этого не делать; аппарат благополучно прошел через самый нижний участок кольца и не пострадал. Большую часть пролетов Cassini отрабатывал в автономном режиме с последующим «донесением» о результатах, но на витках 273, 274, 275, 278, 280 и 284 вел прямую передачу на Землю во время пересечения плоскости колец.

Уже в первом пролете камера ISS произвела съемку Сатурна с разрешением в 10 раз лучше, чем за все предыдущие 13 лет. Съемки планеты, колец и спутников и зондирование их спектрометрами VIMS, CIRS и UVIS в различных комбинациях осуществлялись на всех последующих витках. В кольцах особый интерес представляли различные краевые эффекты, возмущения и малые нестабильности, известные под условным наименованием «пропеллеры». Их называли в честь великих летчиков XX века – Блерио, Сантос-­Дюмон, Эрхарт.

Из спутников чаще всего наблюдались Титан и Энцелад, особенно его южная полярная область с гейзерами, но нашлось время для съемки Дионы на 280-м витке и для совсем малых спутников. Крохотный Бебхионн – двойной объект диаметром всего 6 км, уходящий в апоцентре на 25 млн км от Сатурна, – был отснят на витках 272, 273, 276, 280 и 282. Вдвое более крупный 14-километровый Кивиук, у которого также подозревают бинарную природу, фотографировали 28 июля, 9 и 16 августа, а Трюмр – 23 августа и 3 – 4 сентября. Кроме того, 6 июня провели спектрометрирование звезды ε Ориона при затмении ее спутником Тетис (Тефия).

10 и 16 августа камера ISS пронаблюдала Нептун, оказавшийся на небе рядом с Кивиуком. Это означало, что Cassini сумел отснять восемь из девяти планет (включая Плутон, но исключая Меркурий).

Радиокомплекс использовался для определения характеристик гравитационного поля Сатурна и для просвечивания колец, а анализатор космической пыли CDA пытался «поймать» их вещество. Прибор RADAR осуществлял их сканирование с разрешением от 4 км до 100 м на 276-м и 277-м витках, а также изучал атмосферу Сатурна: на 288-м витке в пассивном режиме, а на 290-м и 292-м – в активном. Ученых интересовали концентрации аммиака в атмосфере ниже слоя аммиачных облаков как свидетельство погоды Сатурна.

292-й виток, он же 22-й в серии Grand Finale, начался прохождением апоцентра 5 сентября в 18:47 UTC бортового времени. 9 сентября в 00:09–00:14 аппарат последовательно прошел плоскость колец и перицентр орбиты и спустя 13 часов начал передачу на Землю полученной информации. 11 сентября, ближе к концу витка, Cassini испытал притяжение Титана. Пролет был из числа далеких – в 19:04 UTC аппарат прошел в 119 049 км над поверхностью спутника, – но гравитационное воздействие Титана уменьшило скорость КА на 29 м/с, в результате чего перицентр орбиты погрузился внутрь атмосферы Сатурна.

293-й виток начался 12 сентября в 05:27 UTC бортового времени. В последние двое суток аппарат провел съемки Титана и Энцелада, заходящего за северный горизонт Сатурна, планеты и отдельных деталей ее колец, в том числе уплотнения с условным именем Пегги на внешнем краю кольца A, которое, возможно, представляет собой формирующий малый спутник. Наконец, спектрометр VIMS и остальные оптические инструменты пронаблюдали район предстоящего падения Cassini. Последний снимок был сделан 14 сентября в 19:58 UTC.

В 21:45 UTC по времени прихода сигнала на Землю, что соответствовало 20:22 бортового времени, начался последний 14.5-часовой сеанс связи. Cassini передавал информацию на частоте 8.43 ГГц со скоростью 66 360 бит/с, освобождая в течение 11 часов от записанных данных свое твердотельное запоминающее устройство. До станции Сети дальней связи в Голдстоуне сигнал КА доходил с уровнем мощности -128.06 дБ, то есть 1.56.10-19 Вт. Последние фотографии были приняты и в необработанном виде оперативно размещены на сайте проекта Cassini.

Закончив сброс данных, 15 сентября в 07:14 бортового времени КА начал пятиминутный разворот в такое положение, чтобы масс-спектрометр ионов и нейтральных атомов INMS находился на передней части КА по направлению полета и мог непосредственно измерять состав верхней атмосферы Сатурна и его изменения по высоте. На Земле эстафету приняла 70-метровая антенна DSS-43 под Канберрой, способная поддерживать прием на скорости 124 426 бит/с. Cassini, однако, тут же переконфигурировал борт, чтобы в последние три с половиной часа научная информация уходила на Землю со скоростью 27 650 бит/с в почти реальном масштабе времени – спустя всего несколько секунд после получения ее на борту. Передача велась в X- и S-диапазоне с приемом на 70-метровую и – в порядке резервирования – на одну из 34-метровых антенн в Австралии. Кроме того, допплеровские наблюдения вела станция Нью-Норсия Европейского космического агентства.

Инструкции аппарату на заключительный этап полета были просты. Cassini подходит к планете со стороны северного полушария. Точка входа в атмосферу находится на дневной стороне в 10° севернее экватора. Аппарат должен вести измерения восемью из 12 приборов (масс-спектрометр INMS, спектрометры CIRS и UVIS, магнитосферные и плазменные инструменты MIMI, RPWS, MAG, датчик космической пыли CDA и высокостабильный генератор радиокомплекса) и передавать данные до последнего. Такую возможность обеспечат бортовые ЖРД тягой 0.5 Н, поддерживающие ориентацию остронаправленной антенны на Землю в пределах ±0.1° от заданной за счет выдачи коротких импульсов.

Баллистики прогнозировали, что Cassini почувствует воздействие разреженной верхней атмосферы Сатурна на высоте 1915 км над вершинами облаков и над уровнем давления 1 атм. Как и все такие границы, она была в известной мере условной. При полете вне атмосферы двигателям достаточно срабатывать раз в несколько минут, компенсируя лишь легкий разворачивающий момент от поля тяготения планеты. С ростом плотности газовой оболочки и скоростного напора разворачивающий момент и частота срабатывания должны расти. За условную точку входа приняли тот момент, когда скважность – доля времени, в течение которого работают ЖРД, – достигнет 10 %.

Чтобы справиться с воздействием атмо­сферы на выступающие элементы конструкции Cassini, прежде всего на 11-метровую штангу магнитометра, ЖРД будут постепенно увеличивать скважность от 10 % до 100 %. Этот этап займет примерно минуту, за которую земной аппарат спустится по пологой траектории до отметки 1500 км. Здесь возмущающие моменты от набегающего потока станут сильнее, чем стабилизирующие импульсы непрерывно работающих двигателей. Аппарат начнет разворачиваться, переходя в неуправляемое кувыркание, – и Земля уйдет с оси его антенны. Еще секунд через тридцать земной зонд начнет разрушаться, и пару минут спустя атмосфера планеты поглотит его обломки.

Последний опубликованный прогноз гласил, что Cassini начнет вход в атмосферу 15 сентября в 03:31 PDT (10:31 UTC) по бортовому времени и потеряет ориентацию минутой позже. Через 83 мин 27 сек после этого, в 04:55:16 PDT (11:55:16 UTC), последний сигнал КА достигнет Земли, и она перестанет слышать Cassini.

В целом этот прогноз сбылся: аппарат смог противостоять атмосфере Сатурна в течение 91 секунды, причем в последние 20 двигатели работали на 100 % своих возможностей. Полезный сигнал в X-диапазоне с научной информацией прервался в 11:55:39, а в S-диапазоне – в 11:55:47. По телеметрическим данным было видно, что в эти последние 8 сек Cassini начал медленно разворачиваться назад. Затем из принимаемого на Земле сигнала пропала телеметрия и осталась лишь несущая частота, но через 24 секунды перестала поступать и она. Зарывшись в атмосферу Сатурна на высоте 1391 км при скорости 34.449 км/с, земной аппарат прекратил свое существование.

«Это последняя глава удивительной миссии, но в то же время и новое начало, – провозгласил заместитель администратора NASA д-р Томас Цурбухен (Thomas Zurbuchen). – Открытие Cassini океанических миров на Титане и Энцеладе изменило все и до основания потрясло наши представления об удивительных местах для поиска жизни за пределами Земли».

«Пусть Cassini ушел от нас, но его научный дар оставит нас в работе на много лет, – пообещала научный руководитель проекта от JPL д-р Линда Спилкер (Linda J. Spilker). – Мы только слегка потерли поверхность того, что мы можем узнать из горы данных, которую он прислал нам за свою жизнь».

«Группа управления Cassini сделала абсолютно звездную работу, чтобы привести КА к его достойному концу, – отметил менеджер проекта Эрл Мейз (Earl H. Maize). – От разработки траектории семь лет назад до навигации в течение 22 душераздирающих нырков между Сатурном и его кольцами, именно эта фантастическая группа ученых и инженеров придумала должный конец для великого проекта».

За 20 лет полета Cassini преодолел 7.9 млрд км, получил и исполнил 2.5 млн команд в рамках 101 этапа полетной программы, провел 360 маневров и коррекций*, открыл шесть спутников Сатурна, сделал и передал на Землю 453 048 снимков, а всего 635 Гбайт научной информации, на основании которой к дню окончания экспедиции было опубликовано 3948 научных статей.