NASA на Плутоні | Журнал Популярна Механіка

1. анатомія місії
2. Дев'ять з половиною років шляху
3. розжалуваний планета
4. 22 години мовчання
5. Дев'ять років польоту
6. види Плутона
7. далекі цілі

Вперше (і єдиний раз) в історії космічної ери NASA звернулося за дозволом на відвідування околиць планети до її першовідкривач. Дозвіл було дано, і зараз ми можемо спостерігати дивні картини далекого світу - колишньої планети Плутон, найдальшої від Сонця.

Американський астроном Клайд Томбо, ще молодою людиною відкрив Плутон в 1930 році, навряд чи припускав в той момент, що коли-небудь люди зможуть послати космічний апарат до його нову знахідку. Ідея місії до дев'ятої планеті виникла на початку 1990-х років, коли її першовідкривач був ще живий. В результаті в 1992 році 86-річний Томбо отримав несподіване повідомлення з Лабораторії реактивного руху (JPL) NASA, в якому у нього просили дозволу на відвідування Плутона. Зрозуміло, ніякого юридичного статусу цей дозвіл не мало, але це був дуже гарний жест - данина поваги до людини, що відкрив найдальший кордон Сонячної системи.

Томбо помер в 1997 році, не доживши менше десяти років до старту місії до його планеті. Однак він удостоївся самих, ймовірно, престижних, незвичайних і вже точно найбільш далеких похорону в історії людства: приблизно унція (31 г) його праху була поміщена в космічний апарат, що відправився до Плутона і далі. Разом з прахом Томбо до Плутона вирушили ще кілька символічних речей: компакт-диск із записаними іменами майже півмільйона людей, які взяли участь в акції «Пішли своє ім'я на Плутон», частина обшивки першого приватного космічного корабля SpaceShipOne і марка 1991 року з слоганом «Плутон . Ще не досліджено ».

Далекі світи Плутон-Харон - єдина подвійна планета в Сонячній системі. Супутник карликової планети Харон досить масивний, так що вони обертаються навколо загального центру мас, який знаходиться за межами поверхні Плутона. Перші великомасштабні зображення Плутона дозволили астрономам зробити висновок, що він схожий на Тритон (супутник Нептуна), - це стало одним з підтверджень того, що Тритон є одним з «уродженців» пояса Койпера. Фотографії дозволили створити перші карти Плутона, два найбільших освіти отримали назви «рівнина Томбо» на честь першовідкривача планети і «льодовиковий щит Супутник» на честь першого радянського космічного апарату. Після прольоту апарат зробив знімок сонячного затемнення Плутоном (структура сяйва може розповісти про склад і динаміку плутоніанской атмосфери). І нарешті, вперше зроблені великомасштабні знімки супутників - Харона, а також набагато більш дрібних Нікти і Гідри.

анатомія місії

Робота над місією New Horizons ( «Нові Горизонти») по-справжньому почалася в 2000 році під керівництвом Алана Штерна, директора Відділу космічних досліджень в Південно-Західному дослідному інституті (Southwest Research Institute, SwRI). Попередниками New Horizons були проекти Pluto 350 і Pluto Kuiper Express, запуск останнього навіть був спочатку запланований на 2000 рік з досягненням планети в 2012-2013 роках. Але проекту не пощастило - в тому самому 2000 році бюджет урізали, оскільки вартість польоту оцінювалася в мільярд доларів, і в підсумку місію просто скасували. Новий проект був здійснений в дуже стислі терміни - від створення науково-інженерної команди до готового апарату пройшло всього п'ять років: до зими 2005-2006 років зібраний і укритий термоізоляцією зонд вже знаходився на мисі Канаверал, готовий до запуску.

При погляді на цей космічний апарат відразу стає очевидною одна важлива деталь: за силуетом він не схожий на сучасні супутники - у нього відсутні сонячні батареї. Це не дивно, оскільки сонячного світла у Плутона дуже мало. Найдальша планета, куди посилали космічний апарат з живленням від сонячних батарей, - це Юпітер. Трикутна платформа з остронаправленной антеною на одній з площин завершується дивним виступаючим з одного з кутів циліндром. Це - РІТЕГ, радіоізотопний термоелектричний генератор. У ньому електрика виробляється безпосередньо перетворенням тепла розпаду радіоактивного ізотопу. Такий же джерело живлення використовується в знаменитому апараті Cassini, більше десяти років працює в системі Сатурна, і в марсоході Curiosity.

Усередині РІТЕГ знаходяться 11 кг плутонію-238. Це дуже зручний для таких цілей ізотоп: при його розпаді виділяється багато тепла, причому цей плутоній випускає тільки важкі альфа-частинки, від яких досить легко захиститися. Головний недолік даного ізотопу складається в його дефіцитності: він був побічним продуктом при виробництві збройового плутонію, а в даний час цей процес зупинений і в США, і в Росії. Тому на New Horizons плутонію (і запасу енергії) втричі менше, ніж, скажімо, на Cassini.

Дев'ять з половиною років шляху

Російські двигуни РД-180, встановлені на ракеті-носії Atlas V, забрали апарат з космодрому на мисі Канаверал. New Horizons став найшвидшим космічним апаратом «на старті»: після того як розгінні двигуни були вимкнені, швидкість зонда щодо Землі дорівнювала 16,26 км / с, а швидкість відносно Сонця - 45 км / с. Втім, зараз відносно Сонця апарат летить зі швидкістю 14,5 км / с, так що звання найшвидшого космічного апарату повернулося до знаменитого Voyager-1, який віддаляється від нашої зірки зі швидкістю понад 17 км / с. Але навіть з такими швидкостями добиратися до Плутона доведеться довго. Зараз сигнал від апарату йде до Землі майже п'ять годин.

Попутно New Horizons встановив світовий рекорд не тільки за швидкістю видалення від Землі, але і за швидкістю подорожі до Місяця: всього лише 8 годині 35 хвилин. Через рік з невеликим апарат здійснив гравітаційний маневр біля Юпітера. В цей час були протестовані всі наукові інструменти і вивчені дивовижні Галілеєві супутники Юпітера і найбільша планета Сонячної системи. Наприклад, вдалося отримати прекрасні знімки вулканів на супутнику Іо. На початку польоту New Horizons зумів пофотографувати ще і невеликий астероїд - для перевірки систем захоплення зображень. Перший знімок Плутона апарату вдалося зробити вже на першому році польоту, у вересні 2006 року. Ніякої наукової цінності знімок не мав, однак продемонстрував можливості камери LORRI. Але більшу частину часу, дві третини всього польоту, апарат «спав» або, по-науковому, знаходився в режимі глибокого сну - 1 837 днів, розбитих на 18 періодів довжиною від 36 до 202 днів, апарат не виходив на зв'язок, а просто летів, економлячи енергію.

розжалуваний планета

Влітку 2006 року, коли апарат вже летів до своєї мети, відбулася епохальна подія, яка викликала бурхливі дебати. Справа в тому, що чергова Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу (МАС) вирішила, нарешті, навести порядок в планетної термінології. Адже за останні десятиліття в поясі Койпера за Нептуном було відкрито безліч найрізноманітніших об'єктів, і деякі з них були порівнянні за розмірами з Плутоном, а то і більше його. Невже і їх теж потрібно записувати в планети? В результаті жорстких дебатів астрономи вирішили змінити формулювання і вважати планетою лише те тіло, яке задовольняє наступним трьом умовам. По-перше, воно само обертається навколо Сонця. По-друге, воно досить потужно, щоб під дією гідродинамічного рівноваги придбати форму, близьку до кулястої. І по-третє, воно досить потужно, щоб довколишній простір виявилося очищеним від інших небесних тіл.

Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун новий тест від МАС пройшли, а Плутон «зрізався» на третьому умови. Тепер він, як і Церера з пояса астероїдів, а також Хаумеа, Макемаке і Еріда з пояса Койпера, вважається карликовою планетою. Втім, зараз знову розгорнулося рух «Поверніть Плутон в сім'ю!». Сім'ю класичних планет, зрозуміло.

Науковий вантаж На апараті розміщені сім основних наукових приладів. Звичайно, для простих любителів астрономії головний - це камера LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager), основний інструмент для отримання фотографій Плутона з високою роздільною здатністю. Два прилади - ультрафіолетовий спектрометр і оглядова фотокамера для зйомки у видимому та інфрачервоному спектрі - носять імена героїв телесеріалу 1950-х років: The Honeymoons, Alice і Ralf. LORRI - камера більш високої роздільної здатності, але монохромна, дозвіл камери Ralf нижче, зате вона кольорова. Прилад SWAP - аналізатор сонячного вітру у Плутона - повинен вивчити атмосферу Плутона і встановити, чи є у нього магнітосфера. Вивчатиме атмосферу Плутона і її взаємодія з сонячним вітром і спектрометр енергетичних частинок PEPSSI, а також радіоспектрометр REX. Останній інструмент - детектор пилу VB-SDC - теж вельми оригінальний. Він являє собою віяло радіусом 42 см, на який натягнута тонка плівка. Цей прилад повинен збирати дані про пилюки в поясі Койпера.

22 години мовчання

Проте, не дивлячись на те що головна мета місії виявилася ураженої в правах, політ тривав. З січня 2015 астрономи вже постійно спостерігали наближається Плутон. Навесні ж були пройдені два важливі рубежі. 12 березня до Плутона залишилося менше однієї астрономічної одиниці (1 а.о. - це відстань від Землі до Сонця), а 5 травня дозвіл знімків системи Плутона і його супутників перевищило максимальне значення, яке можна отримати за допомогою телескопа Hubble. Трохи пізніше були опубліковані фотографії і анімації, на яких видно рух усіх п'яти супутників Плутона - великого Харона і зовсім дрібних Нікти, Гідри, Кербера і Стикса. Ці знімки підтвердили розрахунки, засновані на спостереженнях телескопа Hubble: через гравітаційні збурень, викликаних Хароном, інші супутники (маленькі динеобразних тіла) перекидаються в польоті і летять по неправильним орбітах. З кожним днем ​​Плутон і Харон були видніше все виразніше, на них можна було розгледіти все більше і більше деталей. Всі чекали дня максимального зближення 14 липня, як раптом ...

Дев'ять років польоту

Велику частину часу з дев'яти з половиною років космічний апарат «Нові горизонти» провів в глибокому сні. Ось основні етапи польоту.
19 січня 2006 року. Запуск космічного апарату New Horizons з мису Канаверал у Флориді.
28 лютого 2008 року. Проліт близько Юпітера для здійснення гравітаційного маневру дозволив заощадити близько трьох років польотного часу і заодно перевірити наукові прилади апарату.
2007-2014. Велику частину часу при перельоті від Юпітера до Плутона апарат знаходився в стані глибокого сну (глибокого сну), щотижня посилаючи лише чергові звіти про функціонування «уві сні». Але близько 50 днів в році апарат не спав, виконуючи перевірки наукових приладів і навігаційні вимірювання для уточнення курсу.
Грудня 2014. Останній плановий період глибокого сну закінчений, і апарат прокидається для інтенсивної підготовки до зустрічі з Плутоном.
14 липня 2015 року. «Нові горизонти» проходять точку найбільшого зближення з Плутоном.
2017-2020. Космічний апарат буде направлений до одного з об'єктів пояса Койпера, щоб продовжити наукову програму.

За десять днів до дати максимального зближення, 4 липня, в роботі бортового комп'ютера апарату стався збій. Зв'язок з центром управління на Землі перервався на 81 хвилину. В умовах, коли сигнал в одну сторону йде чотири з половиною години, а відповіді потрібно чекати все дев'ять, це змусило вчених кілька похвилюватися. Проте зі збоєм впоралися самі комп'ютерні системи апарату, і підготовка до зближення продовжилася.

І ось настав «день Х для планети Х» - 14 липень 2015 року, день, якого всі астрономи чекали понад дев'ять років. Апарат передав на Землю перший детальний знімок поверхні Плутона ... і замовк, на цей раз - на довгих 22 години. Але це було планове мовчання, на час основної наукової місії радіозв'язок з Землею була відключена. Зонд пролетів крізь систему Плутона на відстані 12 500 км від його поверхні, зумів розгорнути камери і встиг сфотографувати темну сторону Плутона, побачивши ореол атмосфери навколо темного диска. А потім почалося найцікавіше.

Ті, хто застав зародження інтернету в 1990-х, пам'ятають, скільки часу потрібно, щоб закачати коротенький відеофайл за допомогою телефонного модему зі швидкістю 16 600 біт / с на домашній комп'ютер. Так ось, на Плутоні ситуація ще гірше. Швидкість передачі інформації ледь сягає 1000 біт / с. А за час прольоту повз Плутона зонд зібрав близько 50 ГБ наукової інформації, які потрібно передати на Землю, - саме в цьому полягає мета місії. Передача цих даних займе ... майже два роки, до березня 2017 го. Зрозуміло, перші знімки і найважливіші наукові дані вже були передані в перші дні. А зараз передача нових зображень припинена на цілих два місяці.

види Плутона

Головні знімки, які вже отримані, - це зображення Плутона і Харона у високій роздільній здатності. Система Плутон-Харон взагалі унікальна - це єдина подвійна планета в Сонячній системі. Саме подвійна: Харон настільки великий, що вони з Плутоном обертаються навколо загального центру мас, який знаходиться за поверхнею Плутона. Щоб простіше це уявити собі, уявіть молотобійця, що розкручує молот. Тут не молот обертається навколо спортсмена, а вони вдвох «танцюють» навколо якоїсь точки.

Сам Плутон вразив астрономів. По-перше, він виявився вельми схожий на Тритон: це підтверджує здогад, що найбільший супутник Нептуна був захоплений з пояса Койпера. По-друге, ніхто не очікував побачити на Плутоні серце. Однак саме на символ серця виявився схожий світлий регіон на першому ж великому знімку карликової планети. Втім, жартівники вдало вписали в нього портрет діснеївського пса Плуто.

Почалася і плутоніанская картографія. Два найбільших освіти на Плутоні отримали назви Томбо в честь першовідкривача планети і Супутник в честь першого радянського космічного апарату. До слова, Супутник став головним сюрпризом Плутона - вже через кілька днів з'ясувалося, що це не рівнина, а льодовиковий щит з рухомими льодовиками. Прилад Ralf підтвердив велику кількість метанового і азотного льоду на Плутоні. На докладних знімках добре видно, як на північному кордоні рівного (без єдиного кратера!) Супутника льодовик затікає в старий кратер. Вчені вже відзначили, що знімки Супутника нагадують супутникові знімки Антарктиди, і це було абсолютно несподівано.

Апарат встиг побачити і зворотний бік Плутона і зробити знімок сонячного затемнення в поясі Койпера. New Horizons зумів сфотографувати те, як Плутон закриває Сонце, і побачити сяйво атмосфери навколо карликової планети. За структурою сяйва вже робляться перші висновки про склад і динаміку плутоніанской атмосфери.

Дуже незвичайними виявилися і гори на Плутоні. По висоті - не менше ніж 3,5 км - це вже майже Уральські гори, але вони молоді, на знімку гір майже не видно дрібних кратерів. Фотографії піків у високій роздільній здатності вже передані на Землю. Можливо, це не просто гори, а кріовулкани.

Є перші дані і про супутники - вже передані знімки крихітних Нікти (кольоровий) і Гідри (чорно-білий). На ніхто видно загадкове червона пляма, але що це таке - поки незрозуміло. Зрозуміло, не залишився без уваги і Харон. Одним з перших на Землю передали його детальний знімок, на якому добре видно численні кратери і сліди геологічної активності Харона - розломи і молоді гори. Імовірно вдалося побачити і зростаючий кріовулкани (втім, поки без слідів життєдіяльності). Величезна темна пляма, яке було видно ще на ранніх знімках, виявилося дивною западиною, що не дуже схожою на ударний басейн великого кратера.

далекі цілі

На найближчі два роки завдання апарату - передавати отримані дані і радувати обивателів красивими картинками, а вчених - новими загадками. І просто летіти. Справа в тому, що зараз New Horizons являє собою кинутий в небо камінь. У нього немає палива для значної зміни курсу. Максимум, що може собі дозволити команда апарату, - це відхилити його траєкторію на невеликий кут, до одного градуса. Але ось куди саме відхилити? До моменту старту місії в тій області космічного простору не було відомо жодного об'єкта пояса Койпера. Невже все закінчиться Плутоном? Адже енергії радіоізотопного генератора вистачить ще на десяток років. На щастя, в космосі вже давно працює ветеран астрономічного флоту телескоп Hubble. Спеціально для місії New Horizons був проведений пошук підходящих кандидатів в потрібному секторі неба. Вдалося знайти три об'єкти - з різною ймовірністю досягнення їх дослідником Плутона.

Об'єкт 2014 MU69 (1110113Y) діаметром близько 60 км представляється найбільш вдалим - до нього New Horizons долетить зі 100% -ною вірогідністю, витративши на маневри всього 35% решти палива. Другим кандидатом став астероїд 2014 PN70 (G12000JZ). Імовірність вдало дістатися до нього трохи менше - 97%, при цьому паливо буде витрачено майже все, проте у цієї мети є і плюси: цей об'єкт вдвічі більше першого, що підвищує його наукову цінність. Спочатку розглядався і третій відкритий Hubble об'єкт - астероїд 2014 OS393 (e31007AI), але потім стало ясно, що ймовірність його побачити всього 7%. Зараз його виключили зі списку кандидатів.

Вибір мети буде зроблений дуже скоро - як только Вчені отрімають Невеликий перепочінок. А значить, скоро ми знову будемо чекати фотографій світу, якого ніхто і ніколи досі не бачив.

За час прольоту повз Плутона зонд зібрав близько 50 гігабайт наукової інформації, які потрібно передати на Землю, - саме в цьому полягає мета місії.

Стаття «Нові горизонти» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2015 ).