Солнечная система. Сатурн. "Кассини-Гюйгенс"

"Кассини-Гюйгенс"

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".  Проделав семилетнее путешествие длиной 4 млрд. км. в ночь на 1 июля  зонд Cassini вышел на орбиту вокруг Сатурна и приступил к изучению планетарной системы окольцованного гиганта. Бюджет проекта более $3 млрд. Стартовая масса аппарата 6250 кг. Станция содержит минимум механических систем, склонных к отказам. Энергоснабжение осуществляется от ядерного генератора с 33 кг плутония. Для разгона аппарат использовалось гравитационное поле трех планет. 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года он обернулся вокруг Венеры, а 18 августа 1999 года  прошел около Земли со скоростью 69000 км/час на расстоянии 1171 километров от нее, а 30 декабря 2000 года станция совершила пертурбационный маневр в поле тяготения Юпитера, пройдя на минимальном расстоянии 10 миллионов километров от верхних слоев атмосферы гигантской планеты,  увеличив скорость и передав на Землю его фотографии. На этот момент двигательная система ориентации стала давать сбои, однако через некоторое время все наладилось.  Сделав 75 витков вокруг Сатурна, аппарат отправился к Титану. 14 января 2005 года в 13 часов 13 минут по московскому времени спускаемый аппарат "Huggens" вошел в атмосферу Титана (на высоте 1270 км).Программой полета предусмотрены изучение спутников и колец Сатурна, наблюдение за водяными вулканами, обнаруженными на одном из спутников планеты - Энцеладе.

Этапы зонда "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. HASI - измеряет физические и электрические характеристики атмосферы Титана 2. GCMS - выявляет и измеряет химический состав атмосферы Титана 3. ACP - засасывает и анализирует аэрозольные частицы 4. DISR - делает снимки по ходу спуска и измеряет уровень освещенности 5. DWE - изучает направление и силу ветра 6. SSP - определяет физические характеристики поверхности Титана

Панорама, составленная из снимков, сделанных во время снижения зонда в атмосфере Титана. Цвета добавлены к этому чёрно-белому изображению на основе палитры цветного кадра с места посадки.

    Проделав семилетнее путешествие длиной 4 млрд. км, «Гюйгенс» 14 января в 13 часов 13 минут по московскому времени вошел в атмосферу Титана (на высоте 1270 км). скорость на этом первом этапе упала с 5,5 до 0,39 километра в секунду. Настала пора парашютов. Их было три. Первый, так называемый пилотный, самый маленький, на высоте примерно 160 километров снял с зонда верхнюю крышку и улетел прочь. Вскоре раскрылся основной парашют диаметром 8,3 метра. Позже отделился тепловой щит в нижней части аппарата. А на 110 километрах второй парашют отстрелился и раскрылся третий, 3-метровый, так называемый стабилизирующий парашют. На высоте нескольких сотен метров Huygens включил мощную лампу, чтобы осветить поверхность планеты. И вот в 15 часов 45 минут зонд произвел посадку. Космическому аппарату потребовалось два часа 27 минут и 50 секунд чтобы завершить парашютный спуск на поверхность Титана. При ударе о поверхность аппарат испытал очень кратковременные перегрузки около 15 G, а относительная скорость составила около 10 миль в час. При посадке "Пенетрометр" в нижней части аппарата на шесть дюймов вошёл в замороженную почву. При спуске Гюйгенс исследовал атмосферу Титана. На высотах от 6 до 12 миль скорость ветра составляла около 16 миль в час. Инструменты аппарата обнаружили толстый метановый туман (или облако) на высоте от 11 до 12 миль от поверхности. Атмосферное давление на этой высоте составляет 7.3 фунта на квадратный дюйм. Температура атмосферы в начале спуска составляла 70.5 К, а на поверхности - уже 93.8 К.
    Не обошлось и без проблем: пропущенная компьютерная команда - результат человеческой ошибки - привела к потере половины изображений, сделанных европейским космическим аппаратом Гюйгенс (получены только 350 изображений, вместо планировавшихся 700). Именно поэтому и мозаичная панорама ландшафта вокруг спускаемого аппарата получилась не совсем полной.
     По данным ESA, за 3 часа 44 минуты, в течение которых зонд передавал информацию (включая передачу во время спуска в атмосфере), было передано 474 мегабита данных, в том числе 350 изображений. На снимках взорам ученых представить характерный «прибрежный» ландшафт. Участки более светлой «суши» изрезаны напоминающими разветвленную речную дельту каналами – по всей видимости, метановыми или этановыми реками. От относительно более темного «моря» «сушу» отделяет характерная береговая линия. На поверхности видны подвергшиеся эрозии камни – возможно, из льда.
    Анализ химического состава атмосферы показал, что она представляет собой довольно однородную смесь азота и метана, концентрация метана по мере спуска увеличивается. На высоте около 20 км зарегистрированы облака из метана, у самой поверхности – метановый или этановый «туман».
    На высотах 125-20 км зонд взял пробы аэрозолей, содержащихся в атмосфере, и провел их анализ. Во время спуска осуществлялась звукозапись. Ее целью была регистрация сигналов электрических разрядов в атмосфере, однако, помимо этого, она позволила получить впечатляющую запись звуков, сопровождавших спуск и посадку «Гюйгенса». После посадки (скорость зонда в этот момент составляла примерно 4,5 метра в секунду) приборы зонда провели анализ механических свойств грунта. «Гюйгенс» опустился на поверхность, напоминающую влажный песок, или, точнее, ледяную «кашицу» с тонким ледяным «настом». Температура на поверхности – примерно минус 179 градусов Цельсия. Свет на планете (но не цвет ее поверхности!) - красно-оранжевый. Серия снимков, полученных после посадки, позволила создать фильм из 98 кадров объемом 1,6 МБ, на котором видны неопределенные «артефакты», периодически появляющиеся в поле зрения. С некоторой долей вероятности можно предполагать, что это падающие «снежинки». Интересны снимки с места посадки. То, что первоначально посчитали валунами или льдом, после расчёта масштаба, оказалось чем-то вроде гальки, размером 4-15 сантиметров, лежащей неподалёку от объектива камеры. По видимому на поверхности Титана есть или, по крайней мере, была, жидкость.
    Совершенно неожиданно в атмосфере Титана был найден изотоп Аргон-40. Это свидетельство вулканической деятельности на спутнике. Причём извергается здесь не горячая лава, как на Земле, а холодный водяной лёд и аммиак. Таким образом, Титан активен, но активность эта похожа на земную лишь общими принципами, но не химией. Вместо воды там жидкий метан, вместо скал и даже горных хребтов — водяной лёд, вместо грязи — "органическая сажа", вместо вулканической лавы — аммиак и вода.
    После 2,5 часов работы в атмосфере Титана и 1,5 часов работы на поверхности зонд "Гюйгенс" прекратил работу, выработав полностью заряд своих батарей.


График работы (рассчетный)

 Всемирное время:
  05-51 - Включение питания электроники и выход из ждущего режима.
  10-13 - «Гюйгенс» достигнет «рабочей высоты», которая определена, как 1270 км выше поверхности Титана, где происходит вход в атмосферу.
  10-17 - Развернется управляющий парашют (2,6 метра в диаметре). Парашют развернется, когда «Гюйгенс» в 180 км от поверхности обнаружит, что он снизил скорость до 400 метров в секунду. Через 2,5 секунды после этого раскроется основной парашют - 8,3 метров в диаметре.
  10-18 - «Гюйгенс» начнет передавать данные на «Кассини» на высоте около 160 км от поверхности. Через 42 секунды после того, как управляющий парашют развернется, откроются окна для Газового Масс-Спектрометра и других инструментов.
  10-32 - Основной парашют, замедлив спуск до приемлемой скорости, отделится, затем раскроется парашют 3 метра в диаметре на высоте 125 км. Спуск на последнем парашюте позволит собрать максимальной количество информации.
  10-49 - Активизируется датчик близости поверхности. До этого времени, все действия «Гюйгенса» будут определяться относительно таймера часов. На высоте 60 км он сможет определить свою собственную высоту, используя пару радиолокационных альтиметров, которые смогут измерить точное расстояние до поверхности. С этого момента альтиметры будут постоянно определять высоту и положение аппарата относительно поверхности, передавая эту информацию научным приборам.
  11-57 - Газовый Масс-Спектрометр начнет анализ атмосферы. Это последний из инструментов «Гюйгенса», которые должен активизироваться полностью. Ожидается, что пуск займет 137 минут (плюс-минус 15 минут). При спуске аппарат будет вращаться со скоростью от 1 до 20 оборотов в минуту, позволяя камерам и другим инструментам видеть панораму вокруг спускающегося космического корабля.
  12-30 - У поверхности включится Спектральный радиометр «Гюйгенса», что особенно важно для точного определения состава поверхности Титана.
  12-34 - Посадка на поверхность Титана. Это время может измениться в пределах 15 минут, в зависимости от того, как атмосфера Титана и ветры повлияют на парашюты «Гюйгенса». «Гюйгенс» ударится о поверхность на скорости 5-6 метров в секунду. Он может приземляться на жесткой поверхности грунта или льда или возможно в метановое море. Научные приборы «Гюйгенса» разрабатывались для каждого из этих случаев, чтобы получить как можно больше информации о поверхности в течение нескольких минут, пока они будут способны работать после посадки.
  14-44 - «Кассини» перестанет получать данные, когда место посадки «Гюйгенса» скроется за горизонт Титана с точки положения «Кассини». «Кассини» будет «прослушивать» сигналы от «Гюйгенса», пока есть малейшая возможность того, что они могут быть обнаружены. Когда место посадки «Гюйгенса» уйдет за горизонт, сигналы от аппарата не смогут быть получены «Кассини» и миссия «Гюйгенса» будет завершена.
  15-14 - Первые данные будут посланы на Землю. «Кассини» повернет свою главную антенну от Титана к Земле, чтобы послать первую часть данных от «Гюйгенса». На Земле данные от «Кассини» будут приниматься многими радиотелескопами, чтобы исключить потерю данных от «Гюйгенса».