Зонд Cassini заснял свой последний полет мимо Энцелада. Дитя холодной войны

В ходе своей миссии аппарат сделал 293 оборота вокруг Сатурна, среди которых выполнил 162 прохода вблизи его спутников и открыл 7 новых из них, передал на Землю 453 048 фотографий в составе 635 Гбайт научных данных и стал источником для 3 948 научных публикаций. Им были обнаружены океан на Энцеладе, а также океан, 3 моря и сотни малых озёр на Титане. В данном проекте участвовало около 5 тысяч человек из 27 стран, а его общая стоимость составила 3,9 млрд $ в которые начальные доли распределялись как: 2,6 млрд $ от американского агентства NASA, 500 млн $ от европейского ESA и 160 млн $ от итальянского ASI.

Конструкция Кассини

Аппарат Кассини-Гюйгенс в процессе испытаний. Круглая оранжевая часть на переднем фоне - Гюйгенс, осуществивший посадку на Титан, белая часть - 4-метровая антенна/радар Кассини

Схема аппарата под разными углами:

Зонд, названный в честь Джованно Кассини (открывшего со 2-го по 5-й спутники Сатурна) имеет целых 6,8 м в высоту и 4 м в ширину при сухом весе в 2150 кг (это был третий по массе межпланетный зонд после пары советских «Фобосов»). Сатурн достигает только 1,1% от солнечной энергии, доступной нам на орбите Земли, поэтому зонд питается 3 РИТЭГами таких же огромных размеров как и сам аппарат - они имеют 32,7 кг плутония-238 (это в 3,6 раз больше чем было у обоих Вояджеров на старте, в 6,8 раз больше чем есть у Кьюриосити и видимо больше всего плутония доступного NASA на данный момент: , ). Аппарат имеет 1630 отдельных электронных компонентов и 22 тыс. проводных соединений при общей длине кабелей в 14 км, а управляется - дублированными 16-битными компьютерами 1750A (ещё один такой управлял ракета-носителем Titan IV выводившим аппарат на орбиту). Научное оборудование включает в себя 12 инструментов сгруппированные в три группы, которые предназначены для 27 отдельных научных исследований:

Датчики оптического диапазона:

1) Композитный инфракрасный спектрометр, включающий в себя камеры 3 диапазонов (CIRS); 2) широкоугольная и узкоугольная (диаметром в 33 см) камеры видимого диапазона с набором из нескольких фильтров для разных цветов и ПЗС-матрицами разрешением 1024x1024 пикселей. (ISS); 3) ультрафиолетовый спектрометр, включающий в себя 4 телескопа (UVIS); 4) картографирующий спектрометр видимого и инфракрасного диапазона, разбивающий видимый им свет на 352 спектральных участка (VIMS);

Датчики магнитных полей и заряженных частиц:

Датчики радиоволн:

11) 4-метровый в диаметре радар, предназначенный для картографии спутников Сатурна (Radar); 12) научная радио подсистема заключающаяся в использовании основной 4-метровой антенны для наблюдения Сатурна, его колец и спутников на просвет радиоволнами (RSS). Задержка сигнала у Сатурна составляет 68-84 минут в одну сторону.

Через тернии к Сатурну

Вес орбитального и посадочного зондов был слишком велик чтобы их можно было напрямую запустить к Сатурну (с 350 кг Гюйгенса общий вес аппарата составлял 2,5 тонны) - даже с учётом того что Titan IV на котором летел Кассини-Гюйгенс имела на 40% большую полезную нагрузку чем Titan IIIE на котором летели Вояджеры. Поэтому аппаратам пришлось немало поскитаться по Солнечной системе, набирая скорость гравитационными манёврами для встречи с Сатурном: после старта 15 октября 1997 года, 5,7-тонная связка из двух аппаратов заправленных 2978 кг топлива отправились на встречу с Венерой. Выполнив у неё 2 гравитационных манёвра 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года (в которых они пролетали всего в 234 и 600 км от планеты соответственно), они 18 августа 1999 года вернулись ненадолго к Земле (пролетев от нас в 1171 км) после чего отправились уже к Юпитеру.

Снимок Луны сделанный узкоугольной камерой аппарата в ближнем ультрафиолете, с дистанции около 377 тыс. км и выдержкой в 80 мкс.

Пролетая сквозь пояс астероидов, аппарат встретился 23 января с астероидом Мазурский : к сожалению дистанция составляла 1,6 млн км, да и сам астероид был размерами всего 15x20 км, так что фотография составила меньше 10 на 10 пикселей. 30 декабря 2000 года Кассини-Гюйгенс встретился с Юпитером и своим собратом - Галилео , миссия которого уже приближалась к финалу (свою миссию он завершил почти 14 лет назад таким же самоотверженным подвигом, который собирается сейчас совершить Кассини). Этот 4-й по счёту гравитационный манёвр наконец придал двум аппаратам достаточную скорость для встречи с Сатурном 1 июля 2004 года, к этому времени он уже пропутешествовал 3,4 млрд км.

Чтобы не терять понапрасну время - команда миссии использовала радиоантенны аппарата для уточнения эффекта Шапиро (замедление распространения радиосигнала при движении его в поле гравитации тяжёлого объекта). Точность измерений удалось увеличить с предыдущих результатов в 1/1000 у Викингов и Вояджеров до 1/51000. Опубликованные 10 октября 2003 года результаты полностью совпадали с предсказаниями общей теории относительности.

На графике отчётливо видны пики встреч с планетами (после которых у аппарата прибавляется скорость), длинный спуск с небольшим изломом у Юпитера (когда аппарат летел на встречу Сатурну, постепенно разменивая кинетическую энергию на потенциальную, выбираясь из «гравитационного колодца» Солнца), и серия волн в конце (когда аппарат вышел на орбиту Сатурна, и начал вращаться на его орбите).

Долгожданная встреча и основная миссия

27 мая 2004 года Кассини впервые с декабря 1998 года включил свой основной двигатель для придания аппарату импульса в 34,7 м/с, который был нужен для коррекции траектории, которая провела его 11 июня в 2068 км от Фебы - очень удалённого спутника Сатурна, который предположительно образовался в поясе Койпера и был в дальнейшем был захвачен гравитационным притяжением Сатурна. Из-за огромного радиуса орбиты этого спутника (составляющего в среднем около 12,5 млн км) - это была единственная встреча Кассини с этим спутником.

1 июля основной двигатель аппарата был включен ещё раз (уже на 96 минут), чтобы сбросить 626 м/с скорости для выхода на орбиту Сатурна. В тот же день была открыта Мефона и переоткрыта Паллена , которая была обнаружена ещё на одном из снимков Вояджера-2, но так как её не было на остальных снимках, орбиту небесного тела не удалось установить и на 25 лет оно получило обозначение S/1981 S 14. Уже на следующий день Кассини выполнил первый пролёт мимо Титана, 24 октября был открыт ещё один спутник (Полидевк), а 24 декабря был сброшен посадочный зонд Гюйгенс.

14 января 2005 года Кассини выступил в роли ретранслятора для посадочного зонда (о нём речь пойдёт ниже), а на следующий день аппарат максимально сблизился с Титаном и с помощью своего радара обнаружил 440-километровый кратер на его поверхности. 6 мая был обнаружен спутник Дафнис , который обитает на краю щели Килера :

На краях 42-километровой щели были обнаружены волны вызванные весьма слабым притяжением Дафниса (вес которого составляет всего 77 млрд тонн, что создаёт притяжение в 25-100 тыс. раз ниже земного):

Экватор Сатурна и плоскость его колец наклонены на 27° относительно эклиптики, так что мы можем наблюдать оба полюса Сатурна также как и наблюдать его кольца с верхней и нижней стороны. Но так как они наблюдаются под большим углом и с огромных дистанций (1,2-1,66 млрд км в зависимости от взаимного положения Земли и Сатурна) - разглядеть там что-нибудь было просто невозможно, так что скажем шестиугольник Сатурна - был обнаружен только пролетающими мимо Вояджерами.

Фотография Сатурна в естественных цветах, состоящая из 36 снимков Кассини сделанных 19 января 2007 года тремя фильтрами (красным, зелёным и синим). Выдержка снимков сделана с расчётом на видимость тёмных областей колец, поэтому поверхность Сатурна получилась сильно переэкспонированной.

В 2005 году было установлено что через гейзеры Энцелада его ежесекундно покидает около 250 кг водяного пара со скоростью до 600 м/с. В 2006 году учёным удалось установить что именно они являются источником материала для предпоследнего и самого широкого - кольца E.

22 июля 2006 года аппарат пролетел над северными широтами Титана и на радарной карте сделанной аппаратом впервые были обнаружены тёмные области, свидетельствующие о том, что в этих местах на поверхности находятся метановые озёра. За выполненные аппаратом 127 пролётов этого спутника были в подробностях изучены множество участков его поверхности, на некоторых из которых наблюдались динамические изменения. Среди таковых было море Лигеи , имеющее размеры в 420x350 км и среднюю глубину около 50 м с максимумом более 200 м (максимальная глубина регистрируемая радаром):

Наиболее вероятной причиной таких измерений считаются волны, твёрдые тела под или над поверхностью или пузыри в толще жидкости (которые влияют на отражающую способность поверхности).

30 мая 2007 года был обнаружен 2-километровый спутник Анфа , а 10 сентября аппарат прошёл всего в 1600 км от Япета , но уже при передаче снимков в компьютер аппарата попала частица космических лучей , которая вызвала его переход в безопасный режим. К счастью снимков при этом потеряно не было. Незадолго до этого события пришло видео-поздравление Артура Кларка с этим событием (согласно одному из его известнейших романов - «2001: Космическая одиссея» - на поверхности Япета находился один из монолитов).

Видео-поздравление и его перевод

Здравствуйте! Это Артур Кларк, присоединяющийся к вам из моего дома в Коломбо , Шри-Ланка.

Я рад быть частью этого события по пролёту Япета космическим аппаратом Кассини.

Я отправляю моё приветствие всем друзьям - известным и не известным - которые собрались по поводу этого важного события.

Мне жаль что я не могу быть с вами, так как я прикован к инвалидному креслу полиомиелитом и не планирую покидать Шри-Ланку снова.

Благодаря Всемирной паутине я могу следить за ходом миссии Кассини-Гюйгенс с момента его запуска несколько лет назад. Как вы знаете, у меня есть нечто большее чем просто интерес к Сатурну.

И я был по настоящему напуган в начале 2005 года, когда зонд Гюйгенс передал записи звука с поверхности Титана. Это точно то, что я описал в моём романе 1975 года «Земная империя», где мой персонаж слушает ветра дующие над пустынными равнинами.

Возможно, это было предвкушение грядущего! 10 сентября, если всё будет идти по плану, Кассини сделает наш ближайший взгляд на Япет - один из самых интересных спутников Сатурна.

Половина Япета темна как асфальт, в то время как другая половина светла как снег. Когда Джованни Кассини открыл Япет в 1671 году, он мог видеть только светлую сторону. Мы сделали свой лучший беглый взгляд когда Вояджер-2 пролетел мимо него в августе 1981 года - но это было почти в миллионе километров.

С другой стороны, Кассини собирается пройти в чуть больше чем тысячи километров от Япета.

Это особенно захватывающий момент для поклонников «2001: Космическая одиссея» - потому что обнаруженный одиноким астронавтом Дэвидом Боуменом монолит Сатурна стал вратами к звёздам.

35-я глава романа озаглавленная как «Око Япета» содержит следующий фрагмент:

«Дискавери» приближался в Япету так медленно, что движение почти не ощущалось и нельзя было заметить тот миг, когда произошла неуловимая перемена и космическое тело вдруг стало ландшафтом в каких-нибудь восьмидесяти километрах под кораблем. Надежные верньеры дали последние подправляющие толчки и смолкли навсегда. Корабль вышел на свою последнюю орбиту: время оборота – три часа, скорость – всего тысяча триста километров в час. Большей скорости в этом слабом гравитационном поле не требовалось. «Дискавери» стал спутником спутника.

Больше 40 лет спустя, я не могу вспомнить почему поместил монолит Сатурна на Япет. В те времена начала Космической эры, наземные телескопы не могли разглядеть деталей этого небесного тела. Но у меня всегда была странная очарованность Сатурном и семьёй его спутников. Кстати эта «семья» росла весьма внушительными темпами: когда Кассини был запущен - мы знали только о 18 из них. Я понимаю что их сейчас 60 штук, и их число продолжает увеличиваться. Я не могу удержать себя от соблазна сказать:

Бог мой, там полно спутников!

Однако в фильме Стенли Кубрик решил поместить всё действие в систему Юпитера, а не Сатурна. Почему такое изменение? Ну, с одной стороны, это сделало сюжет более прямолинейным. И более важно что отдел спецэффектов не смог произвести модель Сатурна, которую бы Стенли нашёл убедительной.

Это было сделано правильно, потому что иначе фильм бы устарел с пролётом миссии Вояджеров, которые представили кольца Сатурна в таком виде, который никто даже не мог себе представить.

Я видел множество примеров того как Нептун изображали в искусстве, так что я буду держать пальцы скрещенными когда Кассини будет пролетать мимо Япета.

Я хочу поблагодарить всех связанных с миссией и всем проектом. Возможно ему не хватает гламура пилотируемой космонавтики, но научный проект чрезвычайно важен для нашего понимания Солнечной системы. И кто знает - возможно однажды наше выживание на Земле окажется зависимым от того что мы там обнаружим.

Это Артур Кларк, желаю вам успешного пролёта.

Карта Япета с разрешением 400 м на пиксель (оригинал 5 Мбайт):

Примерно 40% поверхности этого спутника занимают тёмные области имеющие альбедо в 10 раз меньше светлых областей. Сейчас источником столь большой разницы считается эффект разделения пыли и льда, когда лёд испаряется с темных областей и осаждается на светлых, тем самым светлые области - становятся ещё светлее, а тёмные - темнее. Причиной того что остальные спутники ведут себя «нормально» заключается в том, что они имеют меньшую продолжительность дня, за которую поверхность не успевает достаточно прогреться.

Продление и миссия «Кассини - равноденствие»

С 1 июля 2008 года началась расширенная 27-месячная миссия Кассини, в которую включили 21 дополнительный пролёт Титана, 8 Тефии, 7 Энцелада, 6 Мимаса и по одному пролёту Дионы, Реи и Елены.

15 августа 2008 года было открыт Эгеон , который хоть и был назван в честь чудовища со 100 руками и 50 головами, но был практически безобидным «камешком» 500 м в диаметре (он был настолько мал что его размеры пришлось устанавливать по яркости , так что точную форму этого спутника мы не знаем). А 9 октября Кассини выполнил свой самый опасный манёвр - пролёт всего в 25 км от Энцелада (и это на скорости в 17,7 км/с!). На столь рискованный шаг команда миссии пошла ради прямого анализа состава водяного пара его гейзеров.

В ходе своих 23-х пролётов Энцелада за всё время миссии (в 10-ти из которых аппарат приближался на дистанцию меньше 100 км) было установлено, что подповерхностного океана составляет 11-12 единиц (что является малопригодным для земных форм жизни), но в выделениях гейзеров также были обнаружены азот (4±1%), углекислый газ (3,2±0,6%), метан (1,6±0,6%) а также следы аммиака, ацетилена, синильной кислоты и пропана (что говорит об активном образовании под поверхностью Энцелада органических веществ). К сожалению аппарат не содержит специальных приборов для регистрации сложной органики (так как об нахождении таковой аппаратом во время планирования миссии даже не могли предположить), так что ответ на вопрос «возможно ли существование жизни под поверхностью Энцелада?» Кассини оставил для своих последователей.

К 26 июля 2009 года был открыт последний из обнаруженных Кассини спутников - 300-метровый S/2009 S 1 , который был обнаружен благодаря 36-километровой тени которую он отбрасывает на дальний край кольца B по которому пролегает его орбита:

Второе продление и миссия «Кассини - солнцестояние»

В феврале 2010 года было принято решение о дополнительном продлении миссии, которое началось уже в сентябре, и должно было продлиться до мая 2017 года, когда должна была решиться окончательная судьба аппарата. В неё были включены ещё 54 пролёта Титана и 11 пролётов Энцелада.

Усилия Кассини и его команды сумевшей добиться выделения дополнительно около 400 млн $ на следующие 7 лет миссии (доведшие стоимость программы почти до 4 млрд $) оказались не напрасны: уже в декабре 2010 года в ходе пролёта Энцелада аппарат установил наличие у него океана под северным полюсом (в дальнейшем было установлено что океан не ограничивается только полярной областью). В том же году на поверхности Сатурна снова появилось Большое белое пятно - огромный шторм который появляется в атмосфере Сатурна примерно каждые 30 лет (Кассини с этим весьма повезло, и такие шторма ему удалось зарегистрировать дважды - в 2006 и 2010 годах). 25 октября 2012 аппарат зафиксировал мощный разряд внутри него, который поднял температуру стратосферных слоёв атмосферы на 83°C выше нормы. Таким образом этот вихрь стал самым горячим среди штормов в Солнечной системе, обойдя даже Большое красное пятно Юпитера.

«День когда Земля улыбнулась» - проект организованный 19 июля 2013 года руководителем команды визуализации Кассини, в ходе которого Кассини сделал снимок всей системы Сатурна в которую также попали Земля, Луна, Венера и Марс. Всего было сделано 323 фотографии, из которых 141 далее была использованы для составления мозаики:

Земля находится в нижнем правом углу, а оригинал без подписей - (4,77 Мбайт).

Параллельно с этим в NASA стартовала кампания «Помаши Сатурну» в ходе которой было собрано 1600 фотографий, из которых 12 ноября была собрана мозаика, которая в тот же день вышла на обложке газеты «Нью-Йорк таймс» (осторожно, оригинал весит 25,6 Мбайт):

С 2012 по 2016 год аппарат фиксировал изменения цвета шестиугольника Сатурна (фото от 2013 и 2017 года, оригинал 6 Мбайт):

«Гюйгенс»

Посадочный зонд, названный в честь Христиана Гюйгенса (открывшего Титан в 1655 году, на который зонд осуществил посадку), представляет собой 318-килограммовый аппарат диаметром 2,7 метра с 6 наборами инструментов:

1) передатчик постоянной частоты предназначенный для измерения скорости ветра по доплеровскому эффекту (Doppler Wind Experiment - DWE);
2) датчики физических свойств атмосферы измеряющие плотность, давление и электрическое сопротивление атмосферы, а также датчики ускорений по всем трём осям позволяющий в купе с предыдущим прибором устанавливать плотность атмосферы (Huygens Atmospheric Structure Instrument - HASI);
3) камеры видимого и инфракрасного спектров, параллельно с получением картинок занимающиеся измерением спектра и освещённости на текущей высоте аппарата (Descent Imager/Spectral Radiometer - DISR);
4) пиролизёр аэрозольных частиц выполняющий нагрев проб взятых с двух различных высот, и перенаправлял их в следующий прибор (Aerosol Collector and Pyrolyser - ACP);
5) газовый хромато-масс-спектрометр измеряющий состав и концентрацию отдельных составляющих атмосферы Титана, а на последнем этапе - ещё и испарённого нагревателем верхнего слоя грунта (Gas Chromatograph Mass Spectrometer - GCMS);
6) набор приборов для измерения свойств поверхности, в которые входит акустический датчик измеряющий плотность/температуру атмосферы на последних 100 м спуска по свойствам отражённого поверхностью звука (Surface-Science Package - SSP).

Гюйгенс отделился от Кассини 24 декабря 2004 года, и к 14 января добрался до атмосферы Титана. Спуск в атмосфере занял 2 часа и 27 минут, в ходе которого в действие последовательно вступали тепловая защита аппарата и три его парашюта, а после посадки он ещё 72 минуты передавал данные с поверхности (пока зонд Кассини выполнявший роль ретранслятора сигнала не ушёл за горизонт).

Международная кооперация зонда Гюйгенс

«Грандиозный финал»

В мае 2017 года решалась дальнейшая судьба аппарата: к завершению второй продлённой миссии у него осталось очень мало топлива, и были рассмотрены 19 возможных вариантов завершения миссии, среди которых были столкновение с Сатурном, его основными кольцами или ледяными спутниками, увод с орбиты Сатурна на гелиоцентрическую орбиту или стабильную орбиту вокруг Титана/Фебы (и даже вариант столкновения с Меркурием). В итоге было принято решение направить аппарат в атмосферу Сатурна, чтобы таким образом обезопасить спутники Сатурна от их возможного биологического загрязнения. Для осуществления этой задачи аппарат выполнил 22 апреля манёвр вблизи Титана, который перенаправил его в 2000-километровый промежуток между Сатурном и его ближайшим кольцом.

С тех пор он совершил 21 виток на дистанции всего в 1600-4000 км от сатурианских облаков, всё время приближаясь к атмосфере Сатурна, и на данный момент находится на своём последнем 22-м витке. Аппарат сделает свои последние снимки за до вхождения в атмосферу, после чего развернёт свою 4-метровую антенну по направлению к Земле, и будет передавать данные о составе сатурианской атмосферы со своих спектрометров до тех пор, пока сможет парировать атмосферные возмущения. Вскоре после потери с ним связи он разрушится, и сгорит в плотных слоях атмосферы Сатурна - где-то там, в созвездии Змееносца за 1,4 млрд км от нас.

Добавить метки

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.

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».

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 .

Через несколько часов одна из самых длительных, дорогих и успешных космических миссий в истории изучения космического пространства завершит свой путь, сгорев в атмосфере самой эффектной планеты-гиганта, Сатурна. Отработавший почти 20 лет аппарат Cassini передаст последние уникальные данные. сайт рассказывает об истории и ключевых открытиях этого удивительного аппарата.

Название и разработка

Нужно сразу сказать, что называть миссию просто Cassini неверно. Правильное название совместного детища NASA, ESA и Итальянского космического агентства - Cassini–Huygens. Орбитальный аппарат, который разрабатывали в США, получил имя в честь Джованни Доменико Кассини, который открыл четыре спутника Сатурна (так называемые «звезды Людовика»: Япет, Рею, Тефию и Диону) и щель между кольцами - щель Кассини; спускаемый аппарат назвали Huygens, в честь Христиана Гюйгенса, который построил математическую модель колец Сатурна и объяснил фазы планеты. Итальянское же космическое агентство самостоятельно разрабатывало и строило антенну дальней космической связи, при помощи которой зонд связывается с Землей.

Джованни Доменико Кассини

Wikimedia Commons

Это был один из первых опытов сотрудничества Европы и Америки в космосе и, пожалуй, самый дорогой. Общая стоимость миссии - 3,26 миллиарда долларов США, из которых 2,6 миллиарда потратило NASA, 500 миллионов - и 160 миллионов отдала Италия (для сравнения: стоимость первой (успешной) индийской миссии к составила всего 70 миллионов). Это был очень большой аппарат: стартовая масса комплекса составила 5712 килограммов. За всю историю беспилотного изучения планет только три миссии были тяжелее, и все советские. «Фобос-1», «Фобос-2» и так и не покинувший окрестности Земли «Марс-96».

Сборка аппарата в NASA

Идея создать тяжелый аппарат (так называемого класса «Флагман»; среди аппаратов этого уровня юпитерианский Galileo и марсианский Curiosity) возникла еще в 1980-х годах, после того как мимо Сатурна пролетели аппараты Voyager. В создании аппарата участвовало 27 стран. Новый тяжелый зонд со спускаемым аппаратом и большим запасом плутония для получения электричества (в районе Сатурна уже очень мало света, и запитывать приборы электричеством приходится при помощи РИТЭГа - радиоизотопного термоэлетрического генератора, в котором тепло от распада плутония напрямую превращается в электрическую энергию) отправился к Сатурну 15 октября 1997 года фантастически красивым ночным стартом.

Запуск Cassini

Во время перелетов от планеты к планете прямой путь самый невыгодный: очень много приходится тратить горючего, поэтому космические аппараты всегда используют так называемые гравитационные маневры, разгоняясь в гравитационном поле других планет. Вот и Cassini сразу после старта отправился… к Венере. Да, иногда для экономии приходится лететь в противоположном направлении. Первые три гравитационных маневра аппарат совершил у второй и третьей планет Солнечной системы. 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года зонд дважды пролетел мимо Венеры, а 18 августа 1999 года навестил и нашу Землю, параллельно протестировав свои фотокамеры и сделав роскошный портрет Луны.

Фотография Луны, сделанная во время третьего гравитационного маневра Cassini

Вихрь на северном полюсе Сатурна

Конечно же, большое количество исследований было посвящено кольцам Сатурна. Некоторые из них (например, дуга Анте или кольцо Паллене) были открыты самим Cassini.

Возможно, будет полезно почитать: