За последние десятилетия автономные космические аппараты совершили множество посадок на планеты Солнечной системы и некоторые их спутники. А вскоре нога… то есть посадочная опора сделанного человеком космического аппарата впервые оставит свой след на ледяной тропинке ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко.
Все самое важное о миссии Rosetta
Rosetta, ESA, 2004: Rosetta – первая миссия, программа которой предусматривает не только дистанционное изучение, но и посадку в 2014 году на изучаемую комету Чурюмова–Герасименко.

Не было ни знаменитого «Поехали!», ни «Один маленький шаг для человека…» — на экране цифры обратного отсчета просто прошли нулевое значение, и обратный отсчет сменил знак с минуса на плюс. Никаких других видимых эффектов, но инженеры в центре управления полетом Европейского космического агентства (ESA) заметно напряглись. В этот момент начался маневр торможения космического аппарата Rosetta, находящегося более чем в 400 млн километров от нас, но, чтобы радиосигнал об этом достиг Земли, потребовалось 22 минуты. А еще через семь минут Сильван Лодью, оператор космического аппарата, глядя на дисплей с данными телеметрии, встал и торжественно произнес: «Дамы и господа, могу официально подтвердить: мы прибыли к комете!»

От древности до наших дней

Кометы относятся к небесным объектам, которые можно увидеть невооруженным глазом, и потому они всегда вызывали особый интерес. Эти небесные тела описаны во многих исторических источниках, причем зачастую весьма красочным языком. «Она сияла дневным светом и волокла за собой хвост, похожий на жало скорпиона», — писали древние вавилоняне о комете 1140 года до нашей эры. В разные времена они считались то знамениями, то вестницами несчастий. Сейчас ученые, основываясь на накопленных за время изучения комет научных данных, считают, что кометы сыграли ключевую роль в появлении жизни на Земле, доставив на нашу планету воду и, возможно, простейшие органические молекулы.

Первые данные о составе кометного вещества были получены с помощью спектроскопических инструментов еще в XIX веке, а с началом космической эры у человечества появилась возможность непосредственно увидеть и «пощупать» (если не собственными глазами и руками, то научными приборами) хвосты комет и образцы кометного вещества. С конца 1970-х годов были запущены несколько космических аппаратов, предназначенных для исследования комет различными способами — от фотосъемки с небольших (по космическим меркам) расстояний до сбора проб и доставки на Землю образцов кометного вещества. Но в 1993 году Европейское космическое агентство решило замахнуться на гораздо более амбициозную цель — вместо того, чтобы доставлять образцы в земную лабораторию, инженеры предложили доставить лабораторию на комету. Иными словами, в рамках космической миссии Rosetta посадочный модуль Philae должен был совершить посадку на поверхность миниатюрного ледяного мира — ядра кометы.

10 лет полета

Разработка миссии длилась десять лет, и к 2003 году космический аппарат Rosetta был готов к запуску. Выведение его в космос с помощью ракеты-носителя Ariane??5 планировалось на январь 2003 года, но в декабре 2002 года такая же ракета взорвалась при запуске. Мероприятие пришлось отложить до выяснения причин неисправностей, и трехтонный космический аппарат был выведен на парковочную орбиту лишь в марте 2004 года. Отсюда он начал свое путешествие к цели — комете 67P/Чурюмова-Герасименко, но весьма кружным путем. «Не существует достаточно мощных ракет, которые могли бы непосредственно вывести аппарат на траекторию кометы, — объясняет Андреа Аккомаццо, руководитель полета миссии Rosetta. — Поэтому аппарату пришлось совершить четыре гравитационных маневра в поле тяготения Земли (2005, 2007, 2009) и Марса (2007). Такие маневры позволяют передать часть энергии планеты космическому аппарату, разгоняя его. Дважды аппарат пересекал пояс астероидов, и чтобы эта часть полета не пропадала зря, было решено заодно исследовать некоторые объекты пояса — астероиды Лютеция и Стайнс». |slideshow-38316 // Лицом к лицу| Rosetta стала первым космическим аппаратом, который отправился во внешнюю часть Солнечной системы, имея на борту в качестве источника энергии не радиоизотопный термоэлектрический генератор, а солнечные батареи. На расстоянии 800 млн км от Солнца (это самая дальняя точка миссии) освещенность не превышает 4% земной, поэтому батареи имеют большую площадь (64 м2). Кроме того, это не обычные батареи, а специально разработанные для работы в условиях низкой интенсивности и низких температур (Low-intensity Low Temperature Cells). Но даже несмотря на это, для экономии энергии в мае 2011 года, когда Rosetta вышла на финишную прямую к комете, аппарат был переведен в режим спячки на 957 суток: были отключены все системы, кроме системы приема команд, управляющего компьютера и системы электропитания.

Первый спутник

В январе 2014 года Rosetta была «разбужена», началась подготовка к серии маневров сближения — торможения и уравнивания скоростей, а также плановое включение научных приборов. Между тем конечная цель путешествия стала видна лишь несколько месяцев спустя: на сделанном 16 июня камерой OSIRIS снимке комета занимала всего лишь 1 пиксель. А через месяц она уже едва умещалась в 20 пикселей.

6 августа аппарат совершил маневр торможения, уравнял скорости с кометой и стал ее «почетным эскортом». «Rosetta описывает криволинейные треугольники, находясь примерно в 100 км от кометы со стороны Солнца, чтобы заснять все детали ее освещенной поверхности, — объясняет Франк Будник, специалист по полетной динамике миссии. — По каждой стороне этого треугольника аппарат дрейфует три-четыре дня, затем направление полета изменяется с помощью двигателей. Траектория немного искривляется гравитацией кометы, и благодаря этому мы можем вычислить ее массу, чтобы позднее перевести аппарат на устойчивую низкую орбиту. При этом Rosetta станет первым в истории искусственным спутником кометы».

Разведка с орбиты

Но выход на орбиту кометы — лишь первая стадия, предваряющая самую главную часть миссии. Согласно плану, до ноября Rosetta будет изучать комету со своей орбиты, а также картографировать ее поверхность в рамках подготовки к посадке. «До прибытия к комете мы знали о ней довольно мало, даже ее форма — «двойная картофелина» — стала известна только при близком знакомстве, — рассказывает «Популярной механике» руководитель группы посадки аппарата Philae Стефан Уламек. — При выборе места для посадки мы руководствуемся набором требований. Во‑первых, надо, чтобы поверхность в принципе была достижима с той орбиты, на которой будет находиться аппарат. Во‑вторых, нужна относительно ровная площадка в радиусе нескольких сотен метров: из-за потоков в газовом облаке аппарат может снести в сторону во время довольно долгого (до нескольких часов) спуска. В-третьих, желательно, чтобы в месте посадки менялась освещенность и день сменял ночь. Это важно, потому что мы хотим изучить, как ведет себя при таком изменении поверхность кометы. Впрочем, варианты чисто «дневных» мест мы тоже рассматриваем. Нам повезло в том, что ядро кометы стабильно вращается вокруг одной оси, это значительно облегчает задачу».

Очень мягкая посадка

После того как будет выбрано место посадки, в ноябре состоится главное событие — 100-кг модуль «Филы» (Philae) отделится от аппарата и, выпустив три опоры, совершит первую в истории посадку на ядро кометы. «Начиная этот проект, мы совершенно не представляли многих деталей процесса, — говорит Стефан Уламек. — Никто раньше не совершал посадку на комету, и мы до сих пор не знаем, какова ее поверхность: то ли она твердая, как лед, то ли рыхлая, как свежевыпавший снег, то ли что-то промежуточное. Поэтому посадочный модуль сконструирован так, чтобы закрепиться на почти любой поверхности. После отделения от аппарата Rosetta и гашения орбитальной скорости модуль Philae начнет спуск к комете под действием ее небольшой силы тяжести, после чего совершит посадку на скорости примерно 1 м/с. В этот момент очень важно предотвратить «отскок» аппарата и закрепить его на поверхности кометы, и для этого предусмотрено несколько различных систем. Толчок при касании посадочных опор будет погашен центральным электродинамическим амортизатором, в этот же момент заработает сопло на верхнем торце Philae, реактивная тяга от выброса сжатого газа прижмет аппарат к поверхности на несколько секунд, пока он будет выбрасывать два гарпуна — размером с карандаш — на тросах. Длины тросов (около 2 м) должно хватить, чтобы гарпуны надежно держали, даже если поверхность покрыта слоем рыхлого снега или пыли. На трех посадочных опорах расположены ледобуры, которые тоже будут ввинчиваться в лед при посадке. Все эти системы были опробованы на симуляторе посадки немецкого космического агентства (DLR) в Бремене — и на твердых, и на рыхлых поверхностях, и мы надеемся, что они не подведут и в реальных условиях».
Фото
Но это будет чуть позже, а пока, как говорит старший научный сотрудник Директората ESA по научным исследованиям с помощью автоматических аппаратов Марк Маккориан, «мы как дети, которые десять лет ехали в машине, а теперь наконец прибыли в научный Диснейленд, где в ноябре нас ждет самый захватывающий аттракцион».

Примечание редакции: актуальная информация о посадке доступна по ссылке.

International Cometary Explorer (ICE) NASA/ESA, 1978 Американско-европейский ICE в 1985 году пролетел сквозь хвост кометы Джакобини-Циннера, а позднее, в 1986 году, — сквозь хвост кометы Галлея на расстоянии 28 млн км от ядра.
Советские аппараты после визита к Венере направились к комете Галлея, чтобы в марте 1986 года пролететь на расстоянии 9000 км от ядра («Вега-1») и 8000 км («Вега-2»).
Японские аппараты были направлены к комете Галлея. В 1986 году Suisei прошел в 150?000 км от ядра, изучая взаимодействие кометы с солнечным ветром, Sakigake пролетел на расстоянии 7 млн км от ядра.
Европейский аппарат в 1986 году с расстояния всего 600 км сфотографировал ядро кометы Галлея, а позднее, в 1992-м, прошел на расстоянии 200 км от кометы Григга-Скьеллерупа.
В 1999 году этот аппарат приблизился к астероиду (9969) Брайль на расстояние 26 км. В сентябре 2001 года пролетел на расстоянии 2200 км от кометы Борелли.
Целью первой миссии было сближение на 150 км с ядром кометы Вильда-2 (2004) и доставка образца кометного вещества на Землю (2006). Позднее, в 2011 году, сблизился с кометой Темпеля-1.
Планировалось, что Contour пролетит вблизи ядер комет Энке и Швассмана-Вахмана-3, а затем направится к третьей (д'Арреста). Еще на пути к первой цели связь с аппаратом была потеряна.
Приблизился к ядру кометы Темпеля-1 и «выстрелил» в него специальным ударником. Состав выбитого вещества был проанализирован с помощью бортовых научных инструментов.

Научная программа Rosetta и Philae рассчитана до конца 2015 года. По мере приближения к Солнцу, разогрева и испарения вещества кометы научные приборы и посадочного модуля, и спутника будут изучать комету. Все данные, полученные посадочным модулем, будут переданы сначала на орбитальный модуль, а оттуда с помощью направленной антенны диаметром 2,2 м — на Землю.

Научные приборы Rosetta

Фото
Для изучения ядра кометы: ALICE Видеоспектрометр УФ-диапазона для поиска благородных газов в составе вещества кометы. OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) Камера видимого и ИК-диапазона с двумя объективами (700 и 140 мм), с матрицей 2048? x?2048 пикселей. VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) Мультиспектральная камера низкого разрешения и спектрометр высокого разрешения для тепловизионного картографирования ядра и изучения ИК-спектра молекул комы. MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) 3-см радиотелескоп для обнаружения микроволнового излучения, характерного для молекул воды, аммиака и углекислого газа. CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) Радар для «просвечивания» и получения томограммы ядра кометы. Излучатель установлен на посадочном модуле Philae, а приемник — на орбитальном спутнике. RSI (Radio Science Investigation) Использование системы связи аппарата для изучения ядра и комы.

Для изучения газового и пылевого облаков: ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) Магнитный масс-спектрометр и времяпролетный масс-спектрометр для изучения молекулярного и ионного состава газов. MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) Атомный силовой микроскоп высокого разрешения для изучения частиц пыли. COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) Масс-анализатор вторичных ионов для изучения состава пылевых частиц. GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) Ударный анализатор и накопитель пылевых частиц для измерения их оптических свойств, скорости и массы. RPC (Rosetta Plasma Consortium) Прибор для изучения взаимодействия с солнечным ветром.

Научные приборы Philae

Фото
APXS (Alpha X-ray Spectrometer) Aльфа- и рентгеновский спектрометр для изучения химического состава грунта под аппаратом (погружается на 4 см). COSAC (COmetary SAmpling and Composition) Газовый хроматограф и времяпролетный спектрометр для обнаружения и анализа сложных органических молекул. PTOLEMY Газовый анализатор для измерения изотопного состава. CIVA (Comet Nucleus Infrared and Visible Analyzer) Шесть микрокамер для панорамирования поверхности, спектрометр для изучения состава, текстуры и альбедо образцов. ROLIS (Rosetta Lander Imaging System) Камера высокого разрешения для съемки при спуске и стереосъемки мест забора образцов. CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio- wave Transmission) Радар для «просвечивания» и получения томограммы ядра кометы. Излучатель установлен на посадочном модуле Philae, а приемник — на орбитальном спутнике. MUPUS (MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science) Набор датчиков на опорах, пробоотборнике и наружных поверхностях аппарата для измерения плотности, механических и тепловых свойств грунта. ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) Магнитометр и плазменный монитор для изучения магнитного поля и взаимодействия кометы с солнечным ветром. SESAME (Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment) Набор из трех приборов для изучения свойств грунта: Cometary Acoustic Sounding Surface Experiment (CASSE) — с помощью звуковых волн, Permittivity Probe (PP) — с помощью электрического тока, Dust Impact Monitor (DIM) измеряет падение пыли на поверхность. SD2 (Drill, Sample, and Distribution subsystem) Бур-пробоотборник, способный забирать образцы с глубины до 20 см и доставлять их в печи для нагревания и к различным приборам для дальнейшего анализа.

Ключ в камне

Миссия Rosetta («Розетта») названа в честь Розеттского камня, каменной таблички, найденной в 1799 году французским офицером в Египте. На табличке выбит один и тот же текст — на хорошо известном древнегреческом языке, древнеегипетскими иероглифами и египетским демотическим письмом. Розеттский камень послужил ключом, благодаря которому лингвисты получили возможность расшифровать древнеегипетские иероглифы. С 1802 года Розеттский камень хранится в Британском музее. Спускаемый аппарат Philae («Филы») получил свое имя в честь египетского острова Филы, где был в 1815 году найден уцелевший обелиск с надписями на древнегреческом и древнеегипетском языках, что (наряду с Розеттским камнем) помогло лингвистам в расшифровке. Подобно тому, как Розеттский камень дал ключ к пониманию языков древних цивилизаций, что позволило восстановить события многотысячелетней давности, его космический тезка, как надеются ученые, даст ключ к пониманию комет, древних «кирпичиков» Солнечной системы, зарождавшейся 4,6 млрд лет назад.

Статья «Свидание с кометой» опубликована в журнале «Популярная механика» (№10, Октябрь 2014).