3 роки до Марса: як місія ESCAPADE намагається дістатися Червоної планети

Зазвичай після запуску міжпланетні місії відразу прямують до своєї цілі — нехай іноді для цього їм і доводиться здійснювати багаторічну подорож по досить складній траєкторії з безліччю маневрів. А ось випадки, коли після виходу в космос апарату протягом року доводиться «чекати» відкриття балістичного вікна, вкрай рідкісні. Однак саме це чекає ESCAPADE: одну з найбільш незвичайних місій останніх років.

З цієї статті ви дізнаєтеся історію та цілі цього проєкту, а також чому його подорож до Марса так сильно затрималася.

«Бюджетні» дослідження Сонячної системи

Попри те, що за останні роки космос став значно доступнішим, ніж раніше, це не стосується міжпланетних місій. Вони, як і раніше, є досить дорогим задоволенням, що робить їх фактично одиничним продуктом. Однак NASA не втрачає надії змінити цю ситуацію. У минулому десятилітті аерокосмічна адміністрація ініціювала програму SIMPLEx. Її метою є фінансування проєктів, покликаних продемонструвати можливість вивчення Сонячної системи за допомогою недорогих міжпланетних місій.

Всього NASA профінансувала п’ять місій за програмою SIMPLEx. Три з них, на превеликий жаль, були втрачені незабаром після запуску, не виконавши своїх завдань. Ще одна місія (Janus) втратила носій і разом з цим можливість вивчити свою початкову ціль. Зараз вона знаходиться на складі, її подальша доля залишається під питанням.

Останньою з цієї п’ятірки є місія ESCAPADE, що складається з двох ідентичних зондів. Вона є останнім шансом для програми. Її успіх доведе, що концепція NASA все ж може працювати. Невдача означатиме повний провал SIMPLEx.

У пошуках відповіді на запитання про минуле Марса

Перш ніж поговорити про технічне влаштування ESCAPADE, розглянемо її основні завдання. Метою місії є Марс — точніше кажучи, його магнітосфера та атмосфера. У наші дні Червона планета має дуже тонку газову оболонку. Середній тиск біля її поверхні в 160 разів менший, ніж біля поверхні Землі.

Марс також не має глобального магнітного поля. Однак у його корі є намагнічені ділянки, що свідчать про те, що так було не завжди, і колись планета все ж мала повноцінну магнітосферу.

Питання, що саме сталося з магнітним полем Марса, давно не дає спокою вченим. Припускається, що його ослаблення призвело до того, що планета втратила більшу частину своєї атмосфери й набула свого нинішнього вигляду.

ESCAPADE повинна буде вивчити магнітосферу Марса і процеси, що відбуваються в ній. Зібрані місією дані дозволять вченим краще зрозуміти, як вона влаштована, як взаємодіє з сонячним вітром і як це все впливає на атмосферу і швидкість витоку з неї газів.

Технічне влаштування ESCAPADE

ESCAPADE реалізується Лабораторією космічних наук Університету Берклі. Загальний бюджет місії з урахуванням вартості її запуску та подальшого забезпечення зв’язку становить 78,5 млн доларів. Це відносно небагато за масштабами такого проєкту.

Пара зондів ESCAPADE була побудована компанією Rocket Lab на замовлення NASA. Вони створені на базі супутникової платформи Photon. Їх розміри (без урахування сонячних батарей) становлять 60 на 70 на 90 см, маса в заправленому стані — 550 кг. Хімічна тяга забезпечується двигунами від Arianespace. Зв’язок здійснюється в X-діапазоні через антену діаметром 60 см.

Наукова начинка апаратів представлена трьома наступними інструментами:

• Магнітометр EMAG. Він вимірюватиме постійні магнітні поля силою до 1000 нТ.
• Електростатичний аналізатор EESA. Він призначений для вимірювання характеристик іонів.
• Прилад ELP. Він являє собою зонд Ленгмюра і призначений для вивчення характеристик плазми.

Для зменшення магнітних перешкод від космічного апарата датчики EMAG і ELP розміщені на кінці двометрової стріли.

Довга дорога до Марса

Початковий план передбачав запуск ESCAPADE в жовтні 2024 року. Але NASA довелося від нього відмовитися. Річ у тім, що для запуску ESCAPADE була обрана нова ракета New Glenn, яку створює компанія Blue Origin. Це дозволило отримати великий дисконт на запуск. На жаль, носій виявився не готовим до потрібної дати. Рішення про скасування було прийнято NASA за день до того, як інженери повинні були розпочати заправлення зондів. Після цього космічні апарати були повернуті до штаб-квартири Rocket Lab в Каліфорнії.

Наступне балістичне вікно для польоту до Марса відкриється лише в грудні 2026 року. Однак фахівці NASA розробили альтернативний план запуску апаратів з використанням складнішої траєкторії. Він має такий вигляд. Спочатку ESCAPADE будуть виведені на орбіту навколо точки Лагранжа L₂ системи Сонце — Земля. Зонди проведуть там приблизно рік і будуть займатися спостереженнями космічної погоди.

З наукового погляду, подібна траєкторія дає деякі переваги, дозволяючи провести унікальні спостереження за космічною погодою на відстані до 3,5 млн км від Землі. Цей регіон не вивчався з часів місії Wind в 1990-х роках. Недоліком є те, що зонди проведуть набагато більше, ніж планувалося, часу в міжпланетному просторі, перш ніж досягнуть Марса. Але, за словами інженерів, більш тривалий вплив радіації не повинен стати особливою проблемою для ESCAPADE.

Після того як у грудні 2026 року відкриється нове вікно для польоту до Марса, пара зондів скористається земною гравітацією і здійснить маневр, який відправить їх у міжпланетну подорож. Прибуття до Червоної планети відбудеться у вересні 2027 року.

Якщо все пройде за планом, апарати вийдуть на витягнуту орбіту навколо Марса з перицентром в 170 км і апоцентром 8 400 км. Вони проведуть на ній пів року, після чого один із зондів опустить апоцентр до 7 000 км, а другий підніме до 10 000 км. Це дозволить їм одночасно вимірювати віддалені частини магнітосфери Марса. В цілому, апарати повинні будуть вивчати планету протягом, як мінімум, одного року.

На сьогодні точна дата запуску New Glenn залишається невідомою. Передбачається, що він може відбутися в листопаді — грудні 2025 року. Успіх місії вкрай важливий як для NASA, так і для Blue Origin. NASA зможе довести правильність своєї ставки на невеликі апарати, в той час, як Blue Origin, яка активно бореться за місячні контракти, нарешті занесе до своєї скарбнички міжпланетний запуск.