Космическая экспедиция межпланетная станция кассини. Миссия к Сатурну: Кассини-Гюйгенс. Как ученые планируют уничтожить аппарат

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

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

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

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

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

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

Спутники

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

Эпиметей

Елена

Гиперион

Мимас, спутник, похожий на «Звезду смерти»

Пандора

Титан и Тефия (на переднем плане)

Дафнис, создающий волны внутри колец Сатурна

Пан (похожий на пельмень)

Пять самых интересных открытий «Кассини»

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

Гейзеры на Энцеладе

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

«Землеподобная» среда Титана

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

Множество спутников Сатурна

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

Гексагональный шторм Сатурна

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

Пустое место между кольцами Сатурна

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

Миссия, по которой будут скучать

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

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

Космический аппарат «Кассини», который был отправлен к Сатурну в 1997 году, использует очень мало топлива. Тем не менее в НАСА планируют его уничтожить, чтобы избежать случайного столкновения с одним из спутников Сатурна и его загрязнения, так как это может повлиять на инопланетную жизнь, если она, конечно, существует. Но прежде чем «Кассини» уничтожат, он будет продолжать летать между Сатурном и его кольцами и записывать как можно больше новых данных.

Как долго длится миссия по изучению Сатурна

Исследователи работали над проектированием, строительством, запуском и эксплуатацией миссии для изучения Сатурна последние три десятилетия.

Атомный космический корабль «Кассини» был запущен в октябре 1997 года, но на орбиту вокруг газового гиганта вышел только в июле 2004 года и с тех пор собирал данные о самой планете и ее спутниках. Но все хорошее рано или поздно заканчивается. А для космического зонда НАСА стоимостью 3,26 миллиарда долларов таким днем станет 15 сентября 2017 года.

Чем вызвана необходимость уничтожения аппарата

Во время пресс-конференции, которая состоялась в космическом агентстве США 4 апреля, исследователи объяснили, почему они хотят уничтожить свой космический корабль и как собираются выполнить план под названием Grand Finale. Чтобы уничтожить «Кассини», исследователи НАСА используют запасы топлива, которые еще на нем остались, и направят его на столкновение с Сатурном.

«Именно открытия "Кассини" стали причиной того, что ученые приняли решение об уничтожении аппарата», - сказал Эрл Мейз, инженер Jet Propulsion Laboratory НАСА, который руководит миссией.

Мейз имел в виду океан теплой соленой воды, который был обнаружен с помощью аппарата. Этот океан прячется под ледяной коркой Энцелады - большого спутника Сатурна, а его испарения отправляются в космос. Зонд НАСА пролетел через эту струю пара и льда в октябре 2015 года, проанализировал материал и косвенно изучил состав подповерхностного океана. Оказалось, что он способен поддерживать внеземную жизнь.

«Мы не можем позволить, чтобы аппарат непреднамеренно столкнулся с этим нетронутым объектом, - сказал Мейз. - «Кассини» должен оставаться на безопасном расстоянии. А так как мы хотели бы отправить его на Сатурн, единственный выбор - это самостоятельно уничтожить зонд, контролируя этот процесс». Но Мейз и исследователи из 19 стран не собираются позволить своему зонду сдаться без боя. Они планируют получить последние байты данных, которые может собрать робот, пока «Кассини» не встретит свой конец на Сатурне.

Цель работы космического аппарата

Еще задолго до того, как «Кассини» вышел на орбиту Сатурна в 2004 году, ученые миссии проводили анализ траектории его движения, чтобы аппарат мог свободно и безопасно передвигаться мимо гигантской газовой планеты, ее спутников и ледяных колец. Их цель - получить как можно больше новых изображений, гравитационных данных и показаний магнетизма, не подвергая корабль опасности и не используя слишком большого количества его ограниченного ракетного топлива.

Нехватка топлива

Но после 13 лет работы на расстоянии почти 1,45 миллиарда километров от Земли, топливный бак «Кассини» оказался практически пустым. Это значит, что миссия приближается к своему завершению, но как только топливо закончится, возможности ученых контролировать аппарат будут очень ограниченными. Об этом заявил Джим Грин, руководитель планетарной научной программы НАСА, во время пресс-конференции.

НАСА может направить «Кассини» к какой-то другой планете, возможно, к Урану или Нептуну. В 2010 году, однако, руководители миссии решили оставить его на орбите Сатурна, так как предполагали, что в этом случае миссия будет более эффективной с научной точки зрения. Но это фактически обрекает космический корабль на огненную смерть.

Как ученые планируют уничтожить аппарат

Официально миссия начнется 22 апреля 2017 года. Именно тогда аппарат в последний раз пролетит возле Титана - ледяного спутника Сатурна, который имеет более плотную атмосферу, чем наша планета, моря жидкого метана, и даже дождь.

Гравитация Титана будет действовать как рогатка для «Кассини». Аппарат пролетит над Сатурном (его атмосферой) и 26 апреля пройдет сквозь узкое пространство между планетой и внутренним краем ее колец.

Этот маневр станет «прощальным поцелуем» аппарата, поскольку ученые не собираются возвращать его обратно на орбиту планеты.

Последние данные

Пространство между Сатурном и его кольцами составляет чуть меньше 2 тысяч километров в ширину. «Как только аппарат подойдет так близко к планете, он обеспечит ученым лучший вид на ее полюса, чем когда-либо прежде», - утверждает Линда Спилкер, ученый проекта «Кассини» и планетарный ученый НАСА. Можно будет увидеть гигантские ураганы на северном и южном полюсах Сатурна.

Во время своего финального полета над Сатурном «Кассини» сможет очень близко подобраться к северному полюсу планеты, который до сих пор остается плохо изученным. Этот полюс имеет шестигранную форму, и возможно, приблизившись к нему, ученые смогут понять, что способствует таким его четким параметрам.

«Кассини» также сделает фото сияния полюсов Сатурна, сможет определить, из какого материала состоят массивные кольца планеты, и даже изучить, что прячется под его облаками.

Чувствительные магнитные и гравитационные измерения, которые «Кассини» не мог сделать ранее из орбиты планеты, помогут ответить на вопросы о внутренней структуре Сатурна, в том числе, насколько большим является его скалистое ядро, а также как быстро вокруг него вращается оболочка металлического водорода.

«Как быстро вращается Сатурн? - вопрошает Спилкер. - Если наклон к магнитному полю небольшой, это поможет нам вычислить длину его дня». За несколько часов до своего финального погружения 15 сентября 2017 года аппарат отправит на Землю последнюю партию изображений и затем будет готов к уничтожению.

Прощание с «Кассини»

«Кассини» является 2,78-тонным роботом, оснащенным тонкими инструментами, которые не предназначены для того, чтобы пробираться сквозь ледяной материал колец Сатурна со скоростью больше 112 тысяч километров в час. Кроме того, он не был сконструирован для того, чтобы окунуться в атмосферу газового гиганта и продолжать работать, отправляя ученым данные.

Тем не менее ученые, которые руководят миссией, говорят, что они собираются сделать все возможное, чтобы защитить инструменты от повреждений и сохранить данные до последнего момента работы аппарата. В первую очередь, они собираются сделать это с помощью основной конусообразной антенны, используя ее как щит для камеры и других важных частей аппарата. Но даже если аппарат потеряет связь с Землей, он все равно будет падать там, где и планировали ученые. Единственное отличие в том, что они не смогут получить новых данных, как сейчас планируют.

Большой финал

Когда «Кассини» начнет свое финальное движение, он будет использовать последний пропеллент, чтобы бороться с атмосферным сопротивлением и удерживать антенну, направленную на Землю. В течение этого времени он будет изучать атмосферу Сатурна, транслируя показания состава газов в реальном времени на Землю. Но измерения будут длиться совсем не долго. Аппарат начнет распадаться, испаряться и в конце станет частью планеты, ради исследования которой он покинул Землю 20 лет назад. Хотя члены команды «Кассини» говорят, что они с нетерпением ждут Grand Finale, но все же не могут не испытывать сожаления.

«Нам действительно будет трудно попрощаться с этим небольшим космическим кораблем, который смог сделать так много для науки, - сказала Спилкер. - Мы были вместе долгое время».

→

В разработке аппарата принимало участие множество учёных из NASA и ESA. Он создавался для того, что бы подробнее изучить Сатурн и его спутники.

Кассини является самым сложным, крупным и дорогим из американских автоматических межпланетных кораблей (бюджет проекта более 3 млрд $). Вес его составил 6 тонн, а высота более 10 метров. На его борту было установлено 12 научных приборов и выдвигающаяся штанга для магнитометра. Связь с Землёй обеспечивает 4 метровая итальянская антенна. У аппарата нет солнечных батарей, т.к. на таком огромном удалении от Солнца они малоэффективны. Энергией Кассини обеспечивают 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора, содержащих в общей сложности почти 33 килограмма радиоактивного плутония. Более половины стартового веса Кассини занимало топливо. К Кассини прикреплён зонд Гюйгенс, предназначенный для посадки на Титан. Он также предназначен для фотографирования поверхности Титана.

Полёт Кассини

Старт Кассини состоялся 15 октября 1997 года. Чтобы вывести его в космос была использована американская ракета Титан 4Б. Но интересен тот факт, что при выводе аппарата в космос, он был направлен вовсе не в сторону Сатурна, а скорее в сторону Венеры. Всё дело в том, что было решено воспользоваться гравитационными манёврами, т.е. воспользоваться гравитационным полем планет. Таким образом в 1998 и 1999 годах Кассини обернулся вокруг Венеры, в августе 1999 года прошёл около Земли со скоростью 69000км/ч, зимой 2000 года пролетел мимо Юпитера, передав на Землю его фотографии. В январе 2004 года специалисты начали активизировать аппаратура Кассини. Ещё при подлёте к Сатурну аппарат пролетел в 2068км от одного из его спутников Фебы.

Снимки этого странного спутника переданные на Землю оказались сенсационными. Перед глазами учёных предстал астероид неправильной формы, усеянный кратерами. При рассмотрении кратеров на некоторых из них были обнаружены слои какого то белого вещества. Предполагали что это лёд.

Для того чтобы наконец оказаться на орбите Сатурна Кассини выполнил манёвр торможения. Это манёвр был очень важным и существенным расчётом, который заранее был помещён в компьютер аппарата. День 1 июля 2004 наступил. В 2:11 по Гринвичу Кассини прошёл восходящий узел траектории и преодолел плоскость колец Сатyрна. Через 24 минуты включился один из двух тормозных двигателей. Он работал 97 минут, за это время Кассини прошёл самую низкую точку над облаками Сатурна (20000км до облаков). Для исследования помимо Фебы были запланированы ещё 8 спутников: Мимас, Диона, Гиперион, Тефия, Рея, Энцелад и Титан, который стал главным объектом исследования среди спутников Сатурна.

Безусловно за 4 года миссии также будет изучаться и сам Сатурн, ведь он хранит ещё множество загадок. Кольца Сатурна тоже тщательно изучаются. Учёные хотят узнать их состав, гравитационный и электромагнитный эффект. Огромное внимание будет уделено атмосфере планеты. Эта планета обладает наименьшей плотностью среди планет Солнечной системы. Вообще проект изучения рассчитан на 4 года, но энергии Кассини хватит ещё на 200 лет, так что возможно он ещё не раз сможет вернуться к Титану и другим спутникам. У учёных была идея, потом отправить аппарат в сторону пояса Койпера, но скорее всего они этого не сделают, т.к. и Сатурн и его спутники хранят ещё очень много тайн.

Всего через несколько часов аппарат "Кассини", с 2004 года находящийся на орбите Сатурна, сфотографирует нашу планету. Конечно, Земля не единственная и даже не главная цель сегодняшнего исследования, но думаю многим было бы интересно взглянуть на маленькую голубую точку с расстояния 1,44 миллиарда километров. Что интересно, практически одновременно с Кассини, 19 и 20 июля Землю будут фотографировать находящийся на орбите Меркурия аппарат "MESSENGER".

Возможно, кто-то даже захочет сегодня вечером/ночью (съемка начнется в в 21:27 по Гринвичу) выйти на улице и помахать "Кассини рукой". А пока, можно вспомнить лучшие фото этой миссии, которая длится уже свыше 15 лет.

До Сатурна, "Кассини" посетил Юпитер и сделал ряд снимков крупнейшей планеты Солнечной системы. На представленном фото один из самых известных спутников газового гиганта Ио, славящийся своей вулканической активностью.

Два "Титана". Крупнейший спутник Сатурна на фоне планеты.

Тигровые полосы Энцелада - одного из самых геологических активных и необычных тел Солнечной системы.

Огромная тень от планеты ложится на кольца Сатурна.

Вспышка солнечного света, отраженная от метанового озера на Титане.

Спутник Сатурна Прометей сфотографированный с расстояния приблизительно 34000 километров. Прометей еще называют "пастухом" кольца F. Гравитационное поле Прометея создаёт изломы и петли в кольцах и спутник как бы "крадёт" из них материал.

Прометей создает возмущение в кольце F.

Равноденствие на Сатурне.

Ледяное извержение на Энделаде. Считается что выбрасываемое со спутника вещество является источником, питающим внешнее кольцо Сатурна, известное как "Кольцо F"

Спутник Сатурна Мимас. Огромный кратер Гершеля, оставшийся в наследство от древнего катастрофического столкновения, чуть не расколовшего спутник пополам, делает его чем-то похожим на Звезду смерти.

Спутник Сатурна Гиперион. Необычный внешний вид обусловлен последствиями нескольких катастрофических столкновений на раннем этапе формирования солнечной системы. Плотность Гипериона настолько мала, что он, вероятно, состоит на 60 % из обычного водяного льда с небольшой примесью камней и металлов, а основную часть его внутреннего объёма составляют пустоты