Двадцать лет назад с космодрома на мысе Канаверал стартовал космический аппарат New Horizons. Спустя 8,5 лет о нем говорил весь мир, когда он передал на Землю первые в истории снимки поверхности Плутона с близкого расстояния. Однако на самом деле его приключения начались гораздо раньше.
Кому интересен Плутон
19 января исполняется 20 лет с тех пор, как с базы космических сил США стартовала ракета Atlas 5, выведшая за пределы сферы земного притяжения космический аппарат New Horizons. Сейчас о нем говорят преимущественно в связи с открытиями, которые он сделал во время своего короткого пролета Плутона.
Однако на самом деле интересные приключения у зонда, предназначенного для исследования Плутона, начались задолго до лета 2015 года и даже задолго до запуска, хотя приключения эти выглядели несколько необычно.
Начать следует с того, что первый космический аппарат мог достичь Плутона еще на несколько десятилетий раньше. Им вполне мог стать Voyager 1. По крайней мере еще в 1970-х годах, на этапе планирования миссии, существовала идея во время пролета мимо Сатурна осуществить гравитационный маневр, позволяющий за несколько лет направить зонд к объекту, который тогда считался девятой планетой Солнечной системы.
Однако тогда Плутон считался слишком далеким и неинтересным, поэтому предпочтение было отдано такой траектории, которая позволила лучше исследовать величайший спутник Сатурна Титан. Однако в течение следующих 15 лет все сильно изменилось. В 1978-м у Плутона нашли спутник Харон, необычно большой и близкий к планете, а в 1985 году — атмосферу. Все это уже стоило того, чтобы запускать аппарат в самый отдаленный, как тогда казалось, тела Солнечной системы.
В 1989-90 годах в NASA была создана рабочая группа, разработавшая проект под названием Pluto 350. Это должна быть действительно эпическая миссия, рассчитанная на 15 лет. Сначала аппарат должен был направиться к Венере и Меркурию, чтобы набрать скорость, затем совершить еще один гравитационный маневр вблизи Юпитера и только после этого направиться к Плутону.
Такой хитрый план был необходим из-за того, что скорость, которую можно обеспечить аппарату во время старта, достаточно ограничена, и все время, пока он будет лететь к Плутону, сила притяжения Солнца будет его тормозить. Цели он при этом достигнет, но произойдет это через несколько десятилетий.
Именно поэтому без промежуточного пункта в виде Юпитера, падение на который при правильном расчете можно превратить в ускорение, не обойтись. Но 15 лет все равно было слишком долго, и потому в лаборатории реактивного движения NASA был разработан другой план под названием Pluto Fast Flyby. Он предусматривал полет двух небольших аппаратов продолжительностью всего 7 лет и гравитационный маневр вблизи Юпитера. Фактически, именно этот план и был реализован затем во время миссии New Horizones.
Оправдывает ли себя полет к Плутону?
Однако именно в это время, в 1993 году, после потери Mars Observer количество желающих платить 1 млрд долларов — именно в такую сумму тогда оценивали миссию к Плутону — резко сократилось. Зато интерес ученых только рос. Дело в том, что в 1987 году эта планета прошла точку равноденствия, а в 1989-м — перигелий, то есть ближайшую к Солнцу точку своей орбиты.
К тому же орбита Плутона не только сильно вытянута, но и существенно наклонена к эклиптике. Это означает, что самый благоприятный момент для запуска аппарата с Земли приходился именно на вторую половину 1980-х годов. Полный оборот вокруг Солнца это сумасшедшее небесное тело совершает за 247 лет.
То есть с каждым годом траектория полета аппарата становилась бы все длиннее и сильнее поднятой над той плоскостью, в которой вращается остальная часть планет Солнечной системы. А это означало бы все большие затраты при меньшей массе оборудования, которое можно было бы доставить в цель.
В попытке спасти миссию предложили отчаянный вариант: ее должны были запустить российской ракетой, а финансирование взяла бы на себя Германия в обмен на возможность разместить на борту собственный субзонд. Его планировали сбросить на один из спутников Юпитера во время пролета аппарата через систему газового гиганта.
Так в разговорах о полете к Плутону появилась тема того, что на пути к нему аппарат должен не только «спать», но и исследовать что-то интересное, мимо чего он пролетает. Но план не сработал, в середине 1990-х от проекта отказались.
Но ненадолго, потому что именно в это время за орбитой Нептуна начали находить все новые и новые объекты. План полета в Плутон снова достали из ящика и дополнили частью, в которой зонд после исследования планеты должен был полететь дальше и как следует рассмотреть один из вновь открытых астероидов.
Миссию переименовали в Pluto Kuiper Express, оставили только один из двух ранее запланированных аппаратов, но это проекту не помогло. В 1999 году его снова отклонили. Но на этот раз общественность была на стороне ученых, и вскоре NASA пришлось объявить новый конкурс, победу в котором получил проект New Horizons: Shedding Light on Frontier Worlds от Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Именно его и начали реализовывать.
Конструкция New Horizons
В готовом к старту виде аппарат весил 478 кг, из которых 77 кг приходилось на топливо, и был размером с небольшой автомобиль. Двигали его в пространстве четыре маршевых реактивных двигателя и 12 двигателей ориентации. Все они работали на гидразине в качестве монотоплива.
Полезная нагрузка состояла из целого набора научных инструментов. Камера Alice обеспечивала наблюдение за объектами и спектроскопию в ультрафиолетовом диапазоне, Ralph — аналогичные исследования в инфракрасной части спектра, а за видимый диапазон отвечал главный телескоп LORRI.
Также на борту находились анализаторы солнечного ветра SWAP и PEPSSI. Эти два прибора улавливали все высокоэнергетические частицы, с которыми сталкивался New Horizons во время полета. Они должны были ответить на вопрос, насколько сильно влияет солнечное излучение на объекты на таком расстоянии от светила.
За исследования значительно больших по размеру частиц, с которыми мог столкнуться аппарат, отвечал прибор VBSDC. Также на борту находился радиоспектрометр REX, предназначенный для изучения атмосферы Плутона после того, как через нее проходит сигнал с Земли.
Руководил этим всем бортовой компьютер. А сигналы поступали ему с Земли через систему связи. Внутри New Horizones поддерживалась температура в пределах 10–30°С.
Все это требовало огромного количества энергии. А солнечные батареи из-за значительной удаленности Плутона от Солнца применить было невозможно. Для питания New Horizons использовался радиоизотопный термоэлектрогенератор из 72 плутониевых «таблеток». Он обеспечивал мощность 245 Вт.
Полет в Плутон
Когда 19 января 2006 года New Horizons таки отправился в космос, его запускали с помощью мощнейшей модификации Atlas 5, которая называется 551. Она имеет пять твердотопливных ускорителей. Благодаря этому аппарату удалось разогнать до 12,4 км/с. А затем еще включился разгонный блок, благодаря которому скорость достигла 16,207 км/с.
New Horizons направился к Юпитеру, однако достиг его только через год, в феврале 2007-го. За это время многое произошло. Еще в феврале 2006 года инженеры испытали камеры аппарата и сняли с его помощью астероид, который тогда имел только номер — 132524. Расстояние до него тогда составляло 102 тыс. км. Таким образом, аппарат еще в начале своей миссии пополнил нашу копилку небесных тел, снятых с близкого расстояния.
А вот 24 августа того же года произошло гораздо менее приятное для команды аппарата событие. XXVI Генеральная ассамблея Международного астрономического союза приняла новую классификацию тел Солнечной системы. Причиной этого стало открытие новых тел по орбите Нептуна, которое дало новое дыхание исследованию Плутона.
По иронии судьбы по новой классификации Плутон был отнесен не к большим планетам, а к карликовым. Первооткрыватель Эриды Майкл Браун по этому поводу откровенно радовался. А вот глава команды New Horizons Алан Стерн назвал новую классификацию полной глупостью.
Такая оценка совсем не удивительна. Если бы новая классификация была принята несколькими годами ранее, команде New Horizons было бы трудно доказать важность проекта. Однако аппарат уже летел в космосе и в сентябре 2007 даже начал наблюдать за Юпитером.
Сам пролет с гравитационным маневром состоялся в феврале 2007 года, и это был чрезвычайно удачный с точки зрения повышения авторитета миссии момент. Одни аппараты к тому времени уже завершили исследование крупнейшей планеты Солнечной системы, другие еще были на пути к ней. New Horizons оказался главным ее исследователем.
Зонд сделал немало снимков самой планеты и ее спутников. Особенно интересными получились изображения четырех крупнейших из них, потому что над Ио он сфотографировал фонтан лавы, бьющий на сотни километров вверх, прямо в космос. Также были исследованы атмосфера и магнитосфера Юпитера.
Миссия продолжается
После пролета мимо Юпитера New Horizons перешел в «спящий» режим. Раз в два — три месяца инженеры выводили его в активное состояние и проверяли работу систем. Так продолжалось до момента сближения с Плутоном. Тогда о зонде заговорил весь мир — и так продолжалось несколько недель. А впоследствии, как и любая сенсация, он снова исчез из поля общего внимания.
Но научная миссия аппарата на этом не закончилась. Он продолжил исследовать транснептуновые объекты и 1 января 2019 года пролетел мимо астероида Аррокот, сфотографировав и исследовав его. Это первое исследование подобного тела, и именно благодаря ему мы знаем, на что похожи окраины Солнечной системы.
А полет New Horizons все продолжается и продолжается. Ожидается, что радиоизотопный генератор будет работать минимум до 2035 года. Можно ожидать, что к тому времени он совершит еще много других открытий.
