Космический аппарат "Cassini"

    Первоначально предполагалось запустить сразу два аппарата - исследователя дальнего космоса: первый направить к комете Копфа, с заданием внедрить в ее ядро специальный зонд (пенетратор), а второй забросить в направлении Сатурна. Однако жизнеспособным оказался лишь второй проект, причем его материальное воплощение по сравнению с первоначальным планом существенно видоизменилось. В разработке приняло участие множество организаций, среди которых Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA), Европейское космическое агентство (ESA) и Итальянское космическое агентство. Аппарат, отправляющийся в дальний путь, решено было назвать «Кассини». Ему предстояло исследовать систему Сатурна и саму планету. Кроме того, на бopтy закрепили небольшой европейский зонд, который должен был впервые в истории осуществить мягкую посадку на Титан. Зонд получил имя «Гюйгенс».
    «Кассини» является самым крупным, дорогим (Бюджет проекта более $3 млрд.) и сложным из американских автоматических межпланетных аппаратов. Его стартовый вес почти 6 тонн, высота больше 10 метров, а чтобы обхватить «Кассини» по диаметру, нужно взяться за руки семерым взрослым мужчинам. На его борту установлено 12 научных приборов и имеется выдвигающаяся 11-метровая штанга для магнитометра. Связь с Землей обеспечивает 4-метровая остронаправленная итальянская антенна. Если всю имеющуюся на борту электрическую проводку растянуть в одну линию, то ее длина составит более 14 километров. У аппарата нет привычных солнечных батарей. На орбите Сатурна из-за удаленности от Солнца они малоэффективны, поэтому энергией «Кассини» обеспечивают 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора, содержащих в общей сложности почти 33 килограмма радиоактивного плутония. Более половины стартового веса «Кассини» занимало топливо.
    И хотя только 1% времени путешествия до Сатурна аппарат провел с работающими двигателями, так много топлива ему необходимо для торможения, выхода на сатурнианскую орбиту и последующих маневров. 
    Не менее интересен и зонд «Гюйгенс», предназначенный для посадки на Титан. На его борту 6 приборов для детального изучения поверхности, скрытой за таинственными оранжевыми облаками. Имеется и специальная десантная камера для съемки пейзажа, расстилающегося вокруг места посадки. В пути зонд, масса которого составляет 350 килограммов, был спрятан под огромным, почти 3-метровым, кожухом и выглядел на фоне затянутого в золотое одеяло теплозащиты «Кассини» как «летающая тарелка», пристыковавшаяся к земному межпланетному космическому аппарату.

 сайт   в  Википедии

Траектория полета
    15 октября 1997г в 08:43 GMT с космодрома Cape Canaveral (штат Флорида, США) с помощью ракеты-носителя "Titan-401B" была запущена в сторону Сатурна  американская межпланетная станция "Cassini".  Стартовая масса аппарата 6250 кг. Чтобы вывести в космос столь огромный груз, между аппаратом и ракетой был установлен дополнительный разгонный блок «Кентавр», который и придал межпланетному путешественнику необходимую стартовую скорость и первоначальное направление полета в сторону Венеры. Так как любая космическая трасса - часть эллипса, то для экономии топлива лучше всего использовать так называемые гравитационные маневры, получая дополнительную скорость за счет пролета вблизи планет, иначе для отправки аппарата сразу к Сатурну пришлось бы загрузить на борт еще целых 68 тонн топлива с чем никакая из современных ракет не справилась бы. Но за подобную трассу приходится платить временем полета и точной датой старта, соответствующей удачному расположению ускоряющих планет и, конечно, запасаться терпением на дополнительные годы полета. Для разгона аппарат использует гравитационное поле трех планет. 26 апреля 1998 и 24 июня 1999 году он обернулся вокруг Венеры, а 18 августа 1999 прошел около Земли со скоростью 69000 км/час (около 15 километров в секунду на расстоянии 1171 километров от нее), 30 декабря 2000г пролетел мимо Юпитера, увеличив скорость и передав на Землю его фотографии. На этот момент двигательная система ориентации стала давать сбои, однако через некоторое время все наладилось. Специалисты посчитали, что в маховики ненадолго попал космический мусор. Далее "Кассини" преодолел Главный пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. При этом ученые воспользовались возможностью получить хоть какие-то данные об одном из астероидов, известным под именем Мазурки и имеющим порядковый номер 2685. Однако пролет был очень дальний (аппарат прошел в 1,5 миллиона км от малой планеты), и внятных изображений земляне не получили. При встрече с Юпитером был проведен ответственного маневра, от результата которого зависела сама возможность точного выхода к Сатурну. Кроме того была проверена работоспособность аппаратуры КА. Именно Юпитер подтвердил готовность научных приборов "Кассини" к их предстоящей работе в системе окольцованной планеты. Кроме этого, ученые использовали уникальный шанс исследовать Юпитер, а заодно взаимодействие его мощной магнитосферы с солнечным ветром сразу двумя удаленными друг от друга аппаратами.
    Фактически весь путь до цели своего путешествия - Сатурна, «Кассини» провел в своеобразном анабиозе. Все его ненужные во время перелета системы спали. Лишь изредка группа управления связывалась с бортом аппарата и ждущим своей очереди зондом, чтобы проверить их самочувствие или провести научные исследования. Однако с января 2004 года операторы принялись постепенно выводить аппарат из спячки. Начали активироваться система за системой, включаться все больше научных приборов и всевозможных датчиков. «Кассини» начал ощущать приближающийся Сатурн. На регулярно поступающих снимках хорошо было видно, как растет изображение величественного Властелина Колец. «Кассини» подходил в направлении, лежащем ниже плоскости колец, и Сатурн представал взору камер немного похожим на вечернюю Луну - в фазе первой четверти, - и темная тень от планеты лежала на кольцах. В таком ракурсе Сатурн никогда не виден с Земли.
    Аппарат вошел в гравитационное поле Сатурна 18 мая 2004 года, а уже 11 июня прошел в непосредственной близости в 2 068 километрах, от внешнего его спутника - Фебы.
    Для того чтобы оказаться на сатурнианской орбите, «Кассини» предстояло выполнить долгожданный и ответственный маневр торможения. Он был давно и тщательно рассчитан, и вся программа действий помещена в память бортового компьютера. Радиосигнал летит от 3емли до Сатурна почти 1,5 часа и еще столько же обратно. 3начит, если оператор пошлет команду на торможение, то сообщение о том, что она выполнена, он получит лишь по прошествии 3 часов. В 2:11 по Гринвичу «Кассини» прошел так называемый восходящий узел траектории и преодолел плоскость колец Сатyрна, причем проскочив точно между двумя тонкими внешними колечками, обозначаемыми как F и G. При этом аппарат был развернут таким образом, что остронаправленная антенна служила своеобразным зонтиком для хрупких приборов, защищая их от возможного воздействия находящихся между кольцами частичек пыли. К счастью, столкновения не повредили аппарату, но их было зафиксировано не менее 100 тысяч. Затем, через 24 минуты, над ярким, хорошо видимым с Земли кольцом А, включился на торможение один из двух основных двигателей аппарата. Он проработал целых 97 минут, израсходовав 850 килограммов топлива. 3а это время «Кассини» прошел наиболее близкую к Сатурну точку, всего в 20 тысячах километров над его облаками, промчавшись почти над всей плоскостью колец. А когда двигатель смолк, стало ясно, что мечта исследователей сбылась - «Кассини» оказался на орбите Сатурна. После выхода на эллиптическую орбиту межпланетного путешественника ждала большая и напряженная работа, по крайней мере на ближайшие 4 года. Ему предстоит совершить 74 оборота вокруг Сатурна, периодически сближаясь с его спутниками, изучая их и саму планету, и при этом преодолеть еще 1,7 миллиарда километров. Для исследований кроме Фебы были выбраны еще 8 сатурнианцев. Так, запланировано по одному близкому пролету Мимаса, Дионы и Гипериона, по два - Тефии и Реи, и четыре встречи с Энцеладом. Но львиная доля внимания со стороны «Кассини» достается, безусловно, Титану - целых 45 пролетов на самых различных расстояниях. Это и есть главный гвоздь программы, выполняемой аппаратом во владениях Властелина Колец.
    Первое знакомство «Кассини» с гигантским спутником с расстояния в 339 тысяч километров произошло через 30 часов после выхода на сатурнианскую орбиту, а именно 2 июля 2004 года. Новая, более близкая встреча с Титаном ждала «Кассини» в конце первого витка вокруг Сатурна и состоялась 26 октября 2004 года и аппарат прошел всего в 1 200 километрах от него. Таким образом, сегодня в результате исследований ученые не отрицают даже возможности наличия на Титане хотя бы каких-то органических процессов, схожих с происходившими миллиарды лет назад на Земле, еще до этапа зарождения на ней жизни. Удалось уточнить и состав верхнего слоя атмосферы Титана: в ней обнаружены сложные органические молекулы бензола, диацетилена и пропана. Определены были и необходимые для успешного десанта данные по скорости ветра в атмосфере Титана. Она составляет от 15 до 35 метров в секунду, а это, учитывая плотность (в 1,6 раза больше земной) газовой оболочки гигантского спутника Сатурна, считается достаточно крепким ветром. И все же все эти уникальные открытия поблекли в сравнении с самым ярким событием экспедиции - посадкой на Титан европейского зонда «Гюйгенс». Для очередной прикидки по посадке «Кассини» еще один раз подходил к таинственному спутнику, на этот раз на расстояние 2 358 километров. Это произошло 13 декабря 2004 года, а всего через 12 дней, 25 декабря, час пробил, и после срабатывания пироболтов «Гюйгенс» был отпущен в самостоятельный полет длиной 21 день (как ни странно, но маленький взрыв пирозаряда самый надежный способ нарушить жесткое соединение двух космических объектов и позволить им разойтись по своим траекториям). Долгожданная посадка, согласно расчетам, намечалась на 15 января 2005 года.
    Спускаемый аппарат ждали достаточно продолжительное путешествие на парашюте в атмосфере Титана и обширная программа исследований после прититанивания, которое произошло 14 января 2005 года (подробней).
    Безусловно, за 4 года миссии не будет оставлен без внимания и сам Властелин Колец. Ведь он представляет самое настоящее скопище загадок. Сегодня мы знаем, что кольцеобразными структурами обладают все планеты-гиганты. «Кассини» изучит кольца предельно подробно и передаст их снимки с высоким разрешением. Ученые хотят узнать об их происхождении и структуре, о взаимодействии с гравитационным и электромагнитным полем и о распределении химических элементов. Особое место в программе занимает изучение взаимодействия колец с так называемыми спутниками - «пастухами», благодаря которым кольца оказываются устойчивыми. Очень интересует ученых и магнитосфера планеты, ее форма и напряженность в направлении на Солнце и с противоположной стороны. Много внимания будет уделено атмосфере Сатурна. Эта планета обладает самой низкой плотностью (меньше плотности воды) в Солнечной системе. Что скрывается за облаками окольцованной планеты? Из-за чего Сатурн отдает в пространство больше энергии, нежели получает? Как зарождаются и гибнут мощные штормы, наблюдаемые в его атмосфере? Все это должен узнать «Кассини» и еще многое и многое другое.  Пролетят 4 напряженных года, аппарат, десятки раз обернувшись вокруг Сатурна, раскроет ученым многие его тайны... Но расчеты показывают, что приборы «Кассини» и 3 его энергетических сердца смогут работать еще целых 200 лет (!), столь велик их ресурс. А значит, уникальные исследования можно продолжить, точно так же, как неоднократно продолжалась миссия «Галилео» у Юпитера. Этапы миссии "Кассини-Гюйгенс"
15 октября 1997 года - "Кассини-Гюйгенс" запущен с мыса Канаверал (Флорида, США) ракетоносителем Titan 4B/Centaur.
26 апреля 1998 года - маневр в гравитационном поле Венеры для набора необходимой скорости.
24 июня 1999 года - повторный маневр в гравитационном поле Венеры.
18 августа 1999 года - маневр в гравитационном поле Земли (мимо Земли корабль прошел со скоростью 69 тысяч км/час).
30 декабря 2000 года - последний маневр в гравитационном поле Юпитера. Фотографирование этой планеты-гиганта. "Кассини-Гюйгенс" находился в окрестностях Юпитера вместе с "Галилео" (Galileo), все еще облетающим к тому времени по орбите эту планету (с конца 1995 года), таким образом впервые два космических корабля исследовали газового гиганта одновременно. 30 декабря зонд ближе всего подошел к Юпитеру - он был на расстоянии в 10 миллионов километров от внешних орбит его крупнейших спутников - Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто.
11 июня 2004 года - "Кассини-Гюйгенс" сблизился с Фебой - одной из крупнейших лун Сатурна, добыв доказательства того, что этот спутник может быть замерзшим артефактом времен формирования Солнечной системы (приблизительно четыре миллиарда лет назад).
21:10 (EDT, восточное поясное время), 30 июня 2004 года - поворот антенны космического корабля (с тем, чтобы экранировать аппарат от космической пыли в тот момент, когда он пересекает плоскость колец Сатурна).
22:36, 30 июня 2004 года - запуск двигателя для торможения космического корабля и перехода на вытянутую эллиптическую орбиту. Двигатель работал приблизительно 96 минут.
23:54, 30 июня 2004 года - "Кассини" захвачен гравитацией Сатурна и вышел на заданную орбиту.
12:03, 1 июля 2004 года - наиболее близкий подход к Сатурну за все время экспедиции - 19 980 километров от вершин облачности Сатурна.
12:12 - 12:22, 1 июля 2004 года - окончание работы двигателя; 12:35, 1 июля 2004 года - космический корабль начал съемку колец Сатурна; 26 октября 2004 года - начало экспедиции к Титану; 25 декабря 2004 года - отделение зонда "Гюйгенс" от "Кассини"; 14 января 2005 года - спуск "Гюйгенса" в атмосферу Титана (начало спуска - 5 часов утра (EST)); 1 августа 2005 года - сближение со спутником Сатурна Мимасом; 23 сентября 2005 года - сближение с Тефией; 25 сентября 2005 года - сближение с Гиперионом; 10 октября 2005 года - сближение с Дионой; 25 ноября 2005 года - сближение с Реей; 3 декабря 2007 года - сближение со спутником Сатурна Эпиметием.