Зонд Philae на поверхности кометы

12 ноября 2014 года в истории мировой космонавтики произошло поистине эпохальное событие. Впервые творение рук человеческих — европейский межпланетный зонд «Фила» — совершило посадку на поверхность ядра кометы; в данном случае кометы 67Р / Чурюмова — Герасименко. Слово «комета» происходит от греческого kome — волос. Однокоренное слово kometes («длинноволосый») указывает на их необычный вид. Кометы действительно выглядят на звездном небе весьма необычно. Но они потрясающе красивы, особенно в лучах заходящего или восходящего солнца. Их считали предвестниками бедствий и долгожданных побед. Они внушали суеверный ужас и приносили несказанную радость. Теперь мы будем смотреть на кометы совершенно иначе, потому что смогли «оседлать» одну из представительниц этого «хвостатого племени».

НАПЕРЕХВАТ

Миссия «Розетта» родилась из совместной программы, которую во второй половине 1980-х начали реализовывать американское и европейское космические агентства.

В США усилия были сосредоточены на проекте пролета астероида и встречи с кометой, а Европа нацелилась на проект по возвращению на Землю образцов с поверхности ядра кометы. Европейская миссия должна была состояться после завершения американской. Для сокращения расходов космические аппараты планировалось построить на единой стандартной платформе «Маринер Марк II».

Однако в 1992 году американцы прекратили все работы из-за недостатка финансирования. Европейцы же, у которых интерес к изучению комет не исчез, решили продолжить создание аппарата в одиночку, но видоизменить свои планы. В частности, они отказались от доставки кометного вещества на Землю.

В итоге план миссии приобрел следующие окончательные очертания: сближение аппарата сначала с астероидами, потом с кометой, а затем — исследования кометы, в том числе мягкая посадка на ядро спускаемого аппарата.

Изначально запуск «Розетты» был запланирован на 12 января 2003 года. Целью исследований была выбрана комета 46Р / Виртанена. Эта короткопериодическая комета (период обращения вокруг Солнца 5,4 года) была открыта 17 января 1948 года американцем Карлом Виртаненом.

Диаметр ее ядра оценивается в 1,2 километра.

Однако полететь к комете Виртанена «Розетте» было не суждено — в декабре 2002 года во время очередного старта с космодрома Куру во Французской Гайане потерпела катастрофу ракета-носитель «Ариан-5». Дальнейшие пуски ракет этого типа, а именно ее предполагалось использовать и для запуска межпланетного зонда, были приостановлены на неопределенный срок. Пока разбирались с причинами аварии, запуск к комете Виртанена стал невозможен. И было решено выбрать для «Розетты» новую цель. Ею стала комета 67Р / Чурюмова — Герасименко.

Комету открыл 23 октября 1969 года советский астроном Клим Чурюмов из Киева на фотопластинках другой кометы — 32Р / КомасСола, снятых Светланой Герасименко месяцем ранее в Алма-Атинской обсерватории. Чурюмов обнаружил возле края фотоснимка еще одну комету, однако посчитал ее фрагментом кометы КомасСола. Изучая другие фотоснимки, он выяснил, что объект движется по иной траектории и, таким образом, является самостоятельной кометой.

Как и комета Виртанена, это короткопериодическая комета. На путь вокруг Солнца она затрачивает чуть больше времени, чем первая цель, — 6 лет и 7 месяцев. По своим размерам ядро кометы Чурюмова — Герасименко в несколько раз больше, чем ядро кометы Виртанена. Но все равно это песчинка в масштабах Солнечной системы. Чтобы попасть в нее, надо было провести колоссальный объем вычислений. Не говоря уже о том, чтобы заставить работать бортовые системы после многолетнего полета по межпланетным трассам.

Итак, было решено лететь к комете Чурюмова — Герасименко. Ну а к комете Виртанена, возможно, когда-нибудь полетит другой космический аппарат — американский межпланетный зонд «Комет Хоппер». Выбор новой цели заставил изменить и график полета. Старт теперь должен был состояться 26 февраля 2004 года, а встреча с кометой — в 2014 году. Но и в эту дату запустить «Розетту» не удалось. Сначала помешала погода, потом сбои на носителе. И лишь 2 марта 2004 года ракета «Ариан-5» стартовала. К счастью, это было не критично для осуществления миссии, поэтому собравшиеся на космодроме инженеры и ученые искренне радовались этому событию.

В качестве почетных гостей на запуске присутствовали первооткрыватели кометы профессор Киевского университета Клим Чурюмов и научный сотрудник Института астрофизики Академии наук Таджикистана Светлана Герасименко.

«РОЗЕТТА» И «ФИЛа»

Название межпланетного зонда происходит от знаменитого Розеттского камня — каменной плиты с выбитыми на ней тремя идентичными по смыслу текстами, два из которых написаны на древнеегипетском языке (один — иероглифами, другой — демотическим письмом), а третий на древнегреческом языке. Сравнивая тексты Розеттского камня, ученые смогли расшифровать древнеегипетские иероглифы. Точно так же специалисты Европейского космического агентства с помощью космического аппарата надеются узнать, как выглядела Солнечная система до того, как сформировались планеты.

Название посадочного модуля «Фила» также связано с расшифровкой древнеегипетских надписей. На острове Филы на Ниле был найден обелиск с иероглифической надписью, в которой упоминались царь Птолемей VIII и царицы Клеопатра II и Клеопатра III. Надпись, в которой ученые распознали имена Птолемей и Клеопатра, помогла расшифровать древнеегипетские иероглифы.

Межпланетный зонд и посадочный модуль были созданы специалистами Европейского космического агентства.

Внешне «Розетта» похожа на большой черный короб. Научные инструменты смонтированы на его вершине в модуле научной аппаратуры. Прочие подсистемы расположены в модуле обеспечения, размещенном в «основании». С одной стороны орбитального аппарата расположена ориентируемая параболическая антенна диаметром 2,2 метра, а с противоположной размещен посадочный модуль. На оставшихся двух сторонах находятся два гигантских крыла солнечных батарей общей площадью 64 квадратных метра и мощностью 1500 Ватт. Обе панели могут вращаться на 180 градусов для ориентации по отношению к потоку солнечного излучения.

Сборка «Розетты» и «Филы» велась в чистовой камере в соответствии с требованиями Комитета по космическим исследованиям КОСПАР по биологической безопасности, дабы не «загрязнить» небесное тело земными бактериями. Впрочем, стерильность в данном случае была не так важна — кометы не рассматриваются международным научным сообществом как объекты, где можно найти живые микроорганизмы.

Главная двигательная установка состоит из 24 двухкомпонентных двигателей с тягой в 10 ньютонов каждый. Перед стартом в баки «Розетты» были залиты 1670 килограммов топлива. Общая масса космического аппарата составляет около трех тонн. На долю посадочного модуля приходится 100 килограммов. В том числе 26,7 килограмма полезной нагрузки, состоящей из девяти научных приборов. С их помощью предполагается провести десять экспериментов по изучению структурных, морфологических, микробиологических и других свойств ядра кометы, а также определить химический состав тела.

ПЕРЕЛЕТ

На перелет с Земли к комете Чурюмова — Герасименко «Розетта» потратила ровно десять лет, преодолев в общей сложности расстояние, превышающее шесть миллиардов километров. В ходе миссии зонд совершил четыре гравитационных маневра (три в поле тяготения Земли, один — Марса), постепенно увеличивая свою скорость.

Во время пролета близ Марса 25 февраля 2007 года прошли испытания «Филы» — посадочный модуль впервые работал в автономном режиме с питанием от собственных аккумуляторов. Его приборами была проведена съемка планеты с расстояния в тысячу километров. Также были получены данные о магнитном поле Марса.

Во время второго сближения с Землей в ноябре 2007 года случился небольшой казус. Земные обсерватории засекли в космосе небольшой астероид, получивший обозначение 2007 VN84, который имел не нулевую вероятность столкновения с Землей. Однако тревога оказалась ложной.

О чем почти сразу и сообщил российский астроном Денис Денисенко. Просто «Розетта» сближалась с Землей, естественно не неся никакой угрозы своему родному дому.

5 сентября 2008 года межпланетный зонд совершил пролет близ астероида (2867) Штейнса. Проведенная за три недели до рандеву коррекция траектории позволила сблизиться с малым небесным телом до дистанции 800 километров. Были сделаны снимки с близкого расстояния. Правда, фотографировать пришлось широкоугольной камерой с небольшим разрешением, так как узкоугольная камера за несколько минут до «встречи» перешла в безопасный режим работы и съемку не вела. Тем не менее при последующем анализе на Земле на поверхности астероида удалось обнаружить 23 кратера диаметром более 200 метров.

Вечером 10 июля 2010 года «Розетта» сблизилась с астероидом (21) Лютеция. Было сделано множество снимков малой планеты. По мере поступления на Землю они тут же выкладывались в Интернете на специальном сайте, и все желающие могли видеть эти картинки практически «в прямом эфире».

В период с мая 2011 года до января 2014 года зонд находился в «спящем режиме». Это можно было сделать, так как «на горизонте» не просматривалось ничего интересного. Из «спячки» аппарат вывели 20 января 2014 года, о чем он сам тут же «сообщил» в «Твиттере»: «Я проснулся».

ПОСАДКА

Потребовалось еще семь месяцев, прежде чем «Розетта» вплотную приблизилась к комете. В июле бортовые приборы зонда смогли собрать первые данные о комете. А к 7 августа аппарат и небесное тело разделяли всего 100 километров. Тогда же началось картографирование поверхности ядра кометы.

Несмотря на небольшие размеры небесного тела, выбрать место посадки «Филы» оказалось делом трудным. Изучив снимки поверхности ядра, специалисты выбрали ряд районов, куда, по их мнению, «интересно» было бы сесть.

В каждом районе были свои плюсы и минусы. Один из них был ровным и удобным для посадки, но находился в тени. Другой изобиловал какими-то булыжниками, но хорошо освещался Солнцем. В конце концов остановились на районе J, который в дальнейшем получил собственное имя Агилика по названию небольшого острова на Ниле, где расположен храм богини Исиды. Как видим, миссия «Розетты» насквозь пронизана древнеегипетской тематикой.

Операция по посадке «Филы» на поверхность ядра кометы началась ранним утром 12 ноября 2014 года — модуль был отделен от зонда и начал медленно приближаться к комете. Расстояние в 20 километров он преодолевал семь часов. Надо сказать, что эта операция происходила на удалении более 500 миллионов километров от нашей планеты. О том, что там происходило, мы узнавали спустя 28 минут 20 секунд.

Путь «Филы» к комете был и долог, и труден — практически сразу после разделения аппаратов выяснилось, что у посадочного модуля проблемы с двигателем малой тяги. Он был предназначен для противодействия отдаче гарпунов, с помощью которых «Фила» должен был закрепиться на поверхности кометы.

Как известно, сила тяжести на этом небесном теле очень мала. Стокилограммовый посадочный модуль весит на комете всего три грамма. Поэтому специалисты Европейского космического агентства заранее позаботились о том, чтобы «Фила» не отскочил от ядра как мячик.

Несмотря на отказ двигателя, модуль совершил посадку. Правда, произошло это не в районе Агилика, а в другом месте, на несколько сот метров в стороне от выбранной зоны.

Да и сел аппарат только с третьего раза. После первого касания он все-таки спружинил и подпрыгнул на несколько сот метров над поверхностью. После второго касания высота подскока составила всего несколько метров. И лишь затем «Фила» мягко опустился на поверхность ядра кометы Чурюмова — Герасименко.

Из-за того что модуль опустился не там, где планировалось, он оказался не на запыленной поверхности, а на твердой скалистой породе под возвышенностью, закрывающей зонд своей тенью. Свет попадает на солнечные батареи «Филы» только в течение 90 минут каждые 12 часов. К тому же зонд недостаточно прочно закрепился на поверхности кометы: система развертки гарпунов не сработала. Да и опирался он только на две из трех своих опор.

Тем не менее это был успех, который обязательно войдет в учебники истории.

Первооткрыватель кометы Клим Чурюмов назвал состоявшуюся посадку величайшим событием для развития человеческой цивилизации. «Комета — это капсула времени, которая сохраняет первичное вещество, — сказал он. — Посадка исследовательского модуля на ядро кометы — важнейшее событие для науки и для человеческой цивилизации».

Аналогичную оценку происшедшему событию дала и Светлана Герасименко. «Тот факт, что на таком огромном расстоянии находится модуль и посылает нам снимки, — колоссальный шаг для науки, — сказала она. — Еще никто и никогда не трогал «руками», не садился на комету. Все, что мы видели, мы видели издали. А сейчас вот «Фила» находится непосредственно на ней, мы имеем возможность оценить ее строение, структуру поверхности. Работают 10 приборов, которые пошлют нам уникальные и чрезвычайно важные данные».

«ФИЛа» УСНУЛ, НО ОБЕЩАЛ ПРОСНУТЬСЯ

Пока весь мир рукоплескал достижению европейских ученых, сами они трудились не покладая рук. Выяснилось, что «Фила» недолго сможет проработать на поверхности кометы, — солнечный свет весьма скуден в месте посадки. Поэтому приходилось рассчитывать только на ресурс аккумуляторных батарей. А это всего 60 часов работы. Как только модуль стабилизировался на поверхности ядра кометы, началась лихорадочная работа по приведению «в боевую готовность» научного оборудования. Камеры «Филы» вели фотографирование поверхности, приборы непрерывно собирали и отправляли на борт «Розетты» данные об окружавшем зонд мире, готовилось оборудование для бурения почвы.

Бурение было, пожалуй, самым значимым мероприятием всей миссии. Взять образцы не с поверхности, а из глубины, определить их химический состав и отправить данные на Землю. Даже если бы удалось сделать только это, миссию «Розетты» и «Филы» можно было бы считать успешной. А они сделали много больше.

Правда, при бурении также возникли сложности. Раньше считалось, что ядро кометы состоит из замерзшего льда. Следовательно, пробурить лед будет несложно. Но уже при первой попытке, на самом «слабеньком» режиме, стало ясно, что с ходу вгрызться в почву не удастся. Перешли на второй режим, когда давление бура на поверхность возросло. Но и этого оказалось недостаточно. Не помог и третий, самый «мощный» режим. Лишь переведя буровое оборудование на четвертый, «внеплановый» режим удалось достичь хотя бы какого-то результата.

После этого был сделан анализ образцов, данные отправлены на «Розетту» для дальнейшей ретрансляции их на Землю, и в ночь на 15 ноября «Фила» «заснул». Удастся ли его «разбудить» когда-нибудь, сказать трудно. Если лучи Солнца, когда комета приблизится к светилу, оживят замерзающее оборудование, мы сможем услышать его голос.

ЧТО ДАЛЬШЕ?

«Спячка» посадочного модуля совсем не означает, что на этом миссия закончена. С «Филы» еще будут работать, пытаясь найти метод его «разбудить». Это отдельная задача. Удастся это сделать или нет, покажет не такое уж и далекое будущее. Подождем.

Будет продолжена работа и самой «Розеттой». Зонд будет находиться на орбите вокруг ядра кометы около года, пока та будет приближаться к Солнцу, и еще около полугода, пока комета будет лететь назад к орбите Юпитера.

Возможно, с помощью зонда удастся установить, способствовали ли кометы зарождению жизни на Земле. По крайней мере, первые данные с «Филы» говорят о том, что на поверхности ядра есть органические молекулы. Таким образом, теория привнесения жизни на нашу планету из космоса имеет право на существование.

Быть может, удастся выяснить и еще что-нибудь интересное. Существует идея посадить «Розетту» на ядро кометы Чурюмова — Герасименко. Но пока это только одно из предложений, а не план действий.

Уже ясно, что миссия «Розетты» — первая, но далеко не последняя экспедиция к кометам. На многие вопросы ученые смогли получить ответы. Но остались и те, ответа на которые нет. А сколько новых вопросов было задано! И еще будет задано! Так что ждем новых полетов и новых открытий.

Дата публикации: 2 февраля 2015