Земля! Земля на горизонте!

По стопам «Сокола»-первопроходца.

13 июня 2010 г. с помощью запущенного в 2003 г. зонда «Хаябуса» (はやぶさ, «Сокол-сапсан»; MUSES-C) Япония впервые в мире доставила на Землю частицы с астероида. Это были образцы с принадлежащего к спектральному классу S (кремниево-каменные объекты) астероида из группы аполлонов. Между прочим, его название восходит к фамилии пионера японской космонавтики и ракетостроения Итокава Хидэо (糸川英夫)—разработчика первых японских сверхмалых «карандашных» ракет Pencil Rocket, первые горизонтальные пуски которых состоялись в марте 1955 г. Сего достопочтенного японского джентльмена (годы жизни 20.07.2012-21.02.1999 гг.) называют «отцом японской космонавтики и ракетостроения».
Пионер японской космонавтики Хидэо Итокава (справа)

Следующей целью Японское агентство аэрокосмических исследований JAXA выбрало Рюгу – тоже околоземный астероид и тоже из группы аполлонов, но теперь класса С (темные углеродистые тела). 3 декабря 2014 г. усовершенствованная версия первого «Сапсана» — «Хаябуса-2» — устремилась к цели. 3 декабря 2015 г. зонд осуществил гравитационный маневр у Земли и 27 июня 2018 г. достиг окрестностей Рюгу, зависнув в устойчивом положении в 20 км от Рюгу. Кстати, это небесное тело названо в честь подводного замка морского божества из древней японской повести, где одному рыбаку подарили драгоценную шкатулку… Часто переводится поконкретнее: «Дворец [морского] дракона».

21 сентября 2018 г. от «Сапсана-2» отделились два поверхностных зонда-«прыгуна» Rover-1A и Rover-1B (позже названные HIBOU и OWL), ставшие первой в истории техникой, изучившей астероид контактным способом (после фотографирования поверхности прекратили работу). 2 октября был также сброшен функционировавший кратковременно (около суток) франко-германский посадочный аппарат Mascot для исследования пород грунта.

22 февраля 2019 г. «Хаябуса-2» выполнила первую посадку на астероид в область L08-E1 радиусом 3 м для взятия проб благодаря выпущенному пятиграммовому металлическому ядрышку, всполошившему поверхность, и, собственно, грунтозаборному устройству, сработавшему как пылесос. 5 апреля с высоты около 500 м с борта исследовательского аппарата в направлении астероида был произведен «выстрел» медным импактором SCI (Small Carry-on Impactor), в результате которого образовалась лунка.

11 июля состоялась вторая посадка вблизи маленького кратера, образованного ударом SCI, для получения образцов поднявшегося на поверхность вещества углистого хондрита. Кроме того, позднее был выпущен третий «прыгун» Rover-2, который из-за инженерной неточности разбился о поверхность астероида и не выполнил свою функцию.

Пора домой.

13 ноября 2019 г., после полутора лет работы у Рюгу, были активированы малые жидкостные ракетные двигатели для следующей фазы миссии – возвращения на Землю. 19 ноября ионные «движки» запустили в тестовом режиме, а с 3 декабря 2019 г. по 20 февраля 2020 г. они работали в полную силу (первое включение). Причем, сначала работали три двигателя, потом два, а в конце и вовсе один. В итоге «Хаябуса-2» получила приращение скорости около 100 м/с, а запас ксенона на борту составлял менее 60%.

Млечный путь, 6 апреля 2020 (с добавлением синего цвета)

6 апреля телескопическая камера ONC-T смогла сделать красивое изображение Млечного пути. 8 апреля впервые в истории Японии наземная станция приняла сигнал Ka-диапазона от межпланетного аппарата. С этим вопросом, разумеется, помогла «Хаябуса-2», с которой и отправился сигнал с частотой 32 ГГц на строящуюся станцию дальней космической связи GREAT (GRound station for deep space Exploration And Telecommunication). Эта строящаяся станция, находящаяся в Космическом центре Усуда (г. Сакуси, преф. Нагано), обладает 54-м параболической антенной.

12 мая 2020 г. состоялось второе включение ионных двигателей, только уже не во множественном числе – запустили только один. 28 августа до возвращения оставалось ровно 100 дней, ионные двигатели к тому времени в совокупности (в течение всей миссии) отработали почти 99.9% положенного времени, а зонд находился на расстоянии приблизительно 50 млн км от Земли. Последний работающий ионный двигатель «погасили» 17 сентября.

22 октября специалисты осуществили первый маневр коррекции орбиты межпланетного аппарата (TCM-1) с целью его точного наведению для сброса капсулы в направлении атмосферы Земли. Благодаря маневру траектория ее движения изменилась, а в момент наибольшего сближения с планетой аппарат пройдет на высоте 310 км от поверхности.

12 ноября специалисты миссии провели второй маневр коррекции орбиты (TCM-2) при помощи реактивной системы управления, и расстояние до поверхности Земли при максимальном сближении теперь «упала» до 290 км.

13 ноября перед «Хаябусой-2» наконец-то показалась Земля. Если точнее, то она мелькнула в поле зрения бортовых датчиков лишь на мгновение. Зато аппарат лицезрел свет от нашей планеты, какой он не видел целых пять лет (после первого гравитационного маневра, осуществленного 3 декабря 2015 г.). Команда миссии ну никак не ожидала такого «подарка» до непосредственного сближения с Землей.

13 ноября была также проверена работоспособность малонаправленных антенн. 26 ноября был осуществлен крайне важный третий маневр (TCM-3), скорректировавший траекторию аппарата для входа капсулы в атмосферу над Австралией. 1 декабря был осуществлен 4-й маневр коррекции (TCM-4) для того, чтобы капсула приземлилась как можно точнее в заданном районе.

5 декабря капсула отделилась от «Хаябусы-2», а затем основной аппарат выполнил второй гравитационный маневр у Земли, что изменило его орбиту в направлении к следующей цели в рамках расширенной миссии.

Миновал год. Новое понимание природы «Дворца дракона».

До отхода от астероида (13.11.2019) японские ученые сделали и так немало открытий: на этом «частично обезвоженном» астероиде практически не оказалось воды, а на поверхности отсутствует пыль (реголит). Кроме того, Рюгу – это «куча щебня» (rubble pile). Этим специальным астрономическим термином определяют неоднородные малые небесные тела, состоящие из множества связанных обломков, удерживаемых вместе благодаря гравитационным силам.

Что же такого было обнаружено впоследствии за время продлившегося целый год безмятежного возвращения аппарата на Землю? Вот новые открытия:

— поверхностные валуны и грунт состоят не из твердого, а сильно пористого, хотя и каменистого материала;

— возраст астероида составляет около 158 млн лет;

— поверхность очень неоднородная – много выступов и впадин;

— выдвинуто предположение, что орбита астероида эволюционировала в течение времени. В определенный период в древности Рюгу сместился из пояса астероидов поближе к Солнцу – в своем движении астероид проходил по внутренней области орбиты Меркурия. Часть пород на поверхности окрасилась в красный цвет, опалившись солнечными лучами;

— поверхность темная (много углерода), поэтому у Рюгу низкое альбедо (отражательная способность) – 1.87±0.14%;

— «материнское» тело Рюгу когда-то столкнулось с астероидом класса S. Такой вывод был сделан по обнаруженным на темной поверхности Рюгу очень светлым породам.

Столкновение материнского тела Рюгу с астероидом класса S

Зеленый континент принимает гостей

Готовиться к «встрече» капсулы начали заблаговременно. Так, 14 июля 2020 г. главы JAXA и Космического агентства Австралии ASA Ямакава Хироси (山川宏) и Меган Кларк (Megan Clark) подписали совместное заявление, в котором сказано о проработке вопроса выдачи правительством Пятого континента разрешения на падение капсулы (Authorisation of Return of Overseas Launched Space Object) на территории испытательного полигона Вумера (RAAF Woomera, штат Южная Австралия). И наконец, 6 августа австралийское правительство подписало запрашиваемое Японией разрешение. А 25 ноября было получено официальное разрешение на изменение траектории «Хаябусы-2» для сброса капсулы и на ее вход над воздушной территорией Вумеры.

Австралийский полигон

2 ноября рейс с первой японской бригадой, предназначенной для поиска и доставки капсулы в Страну восходящего солнца, прибыл в административный центр штата Южная Австралия – Аделаиду. 9 ноября там же приземлился самолет со второй «поисково-спасательной» бригадой.

Однако, обеим группам, прежде чем приступить к активной подготовке, пришлось пройти двухнедельный карантин. Такова суровая реальность 2020-го года… Поэтому доступ к полигону Вумера первый поисковый эшелон получил только 17 ноября. Второй – 24 ноября.

Интересно, что 28 ноября поисковые группы, во время выезда на полигон приметили деревянную фигуру сапсана на одном из местных домов, и посчитали его предвестником успешного завершения миссии. К слову, и в первой миссии перед падением капсулы на территории склада одной австралийской военно-воздушной базы, где хранилось поисковое снаряжение JAXA, была замечена пара местных (и живых!) соколов вида седобородая (или австралийская) пустельга.

Более того, содержание постов в твиттере миссии начало слегка отклоняться от «технической составляющей» и стала похожа на «В мире животных» (с Николаем Дроздовым)… Поисковая бригада сама признала, что записи приняли характер «дневника натуралиста» — на Зеленом континенте японцы повстречали ящериц на суше, пеликанов в прудах, «прыгавших» кенгуру и пробегавших крупнейших австралийских птиц эму из отряда казуарообразных или австралийских страусов. В воздухе были замечены и птицы из подсемейства орлиных.

Итак, 5 декабря в 14:35 JST (05:35 UTC) на расстоянии около 220 тыс. км от планеты возвращаемая капсула с образцами реликтового небесного тела отделилась от основного аппарата «Хаябусы-2» и устремилась к Земле для входа в атмосферу. JAXA сообщила об успехе, основываясь на данных телеметрии и доплеровских радиолокаторов.

5 декабря в 15:37 JST, 16:00 и 16:31 была проведена серия включений двигателей «Хаябусы-2» для ухода из геосферы и осуществления гравитационного маневра у Земли для выполнения следующего задания, о котором речь пойдет чуть ниже.

Ногути сфотографировал район падения

6 декабря в 2:29 возвращаемая капсула наконец вошла в атмосферу. После сброса теплозащитных экранов, на высоте около 10 км открылся парашют. Между прочим, находящийся на МКС японский астронавт Ногути Соити, в 3:03 сообщил, что ему только что посчастливилось в течение 5 минут созерцать из орбитальных иллюминаторов яркое, сравни болиду, и «бесстрашное» вхождение капсулы в атмосферу. Он поблагодарил ЦУП Хьюстона и Цукубы за точные данные о месте и времени события и посетовал, что ручной камере для хорошего снимка не хватило яркости.

Работа с капсулой на месте приземления

Кстати, 6 декабря в 06:30 благодаря бортовой камере ONC-T с расстояния 88 тыс. км была запечатлена Земля. На снимке можно разглядеть Южный полюс (вверху справа) и западные берега Латинской Америки (сверху). В 9:00 наша планета предстала во всей красе.

Фото Земли, сделанное через 6.5 часов после максимального сближения

После падения в австралийской пустыне начал сигнализировать специальный маячок. В 03:17 вылетел поисковый вертолет, а уже в 04:47 искомый объект был найден. Причем, и саму капсулу, и парашют, и передний и задний защитный экраны специалисты нашли в пределах территории полигона Вумера – то есть падение было выполнено в точно заданном участке. Затем, в 08:03 капсулу на вертолете доставили в развернутый поблизости временный штаб JAXA. Получается, по прошествии 10 лет японцы повторили операцию по доставке грунта с астероида (капсула первой «Хаябусы» приземлилась 13.06.2010).

7 декабря ответственная бригада японских специалистов «свежевала» (как заправские мясники сдирают шкуру убитого оленя) внешний слой капсулы, который защищал контейнер с образцами во время повторного входа в атмосферу и достала контейнер. Специалисты подтвердили, что контейнер сохранил герметичность и находится в идеальном состоянии.

Установка для газоанализа

Потом, посредством ранее доставленной в Австралию специальной установки японцы проанализировали состав газов контейнера. Внутри обнаружили космические газы, исходящие от соединений органического происхождения, однако удостовериться, что это газ с Рюгу, не получилось, поэтому дополнительные проверки будут проведены в самой Японии. Однако само наличие космических газов повышает уверенность японцев в том, что внутри находится астероидный грунт.

ВПП Вумера, перед взлетом самолета FA7X

Вечером того же дня, в 22:30 самолет Dassault Falcon 7X (регистрационный номер VH-CRW) с контейнером поднялся в воздух со взлетно-посадочной полосы аэропорта Вумера (UMR) и полетел в Японию. 8 декабря в 7:20 FA7X приземлился в Ханэда (Международный аэропорт Токио) – самом большом аэропорту Японии.

Из Ханэда грузовая машина с контейнером отправилась в штаб-квартиру ISAS в г. Сагамихара (преф. Канагава) и 8 декабря в 10:31 достигла пункта назначения. В 11:27 по территории ISAS контейнер перевезли в Комплексный исследовательский центр, в котором в том числе находится Центр хранения внеземных образцов ESCuC (Extraterrestrial Sample Curation Center), постройка коего завершилась в марте 2008 г.

8 декабря на «послеполетной» конференции в ISAS сотрудники рассказали, что вскоре начнется процесс анализа грунта в чистовой комнате класса 10 тыс. Выделяют следующие фазы:

— первая фаза (декабрь 2020—июнь 2021 гг.). Вскрытие контейнера, сортировка и общее описание образцов;

— вторая фаза (июнь-декабрь 2021 г.). Первичный анализ. Описание некоторых образцов;

— третья фаза (декабрь 2021—июнь 2022 гг.). Описание большего количества частиц;

— четвертая фаза (после июня 2022 г.). Помещение на дальнейшее хранение (40%) и дальнейшая работа с образцами по международным заявкам и предоставление материала NASA (10%).

Что касается объема внеземного вещества, то подсчет завершится к лету следующего года, однако JAXA ставило целью доставить не менее 0.1 г.

Тем не менее, 14 декабря стало известно, что после вскрытия герметичного контейнера специалисты обнаружили множественные частицы темного цвета и выдвинули предположение, что они с Рюгу.

Разбор капсулы в чистовой комнате (ISAS)

Расширенная миссия

22 июля на пресс-конференции JAXA оповестило журналистов о двух вариантах продления миссии второго «Сапсана», имеющего для этого достаточный запас топлива на борту. На финальной стадии предстояло выбрать между небольшими, но быстровращающимися астероидами 1998 KY26 и 2001 AV43. Причем, на начальной стадии было выдвинуто аж 354 кандидата!

11 ноября JAXA заявило, что в конечном счете выбрали все-таки крошечный околоземный сферический астероид 1998 KY26. Почему именно его? Да потому что, оценив маршруты к обоим небесным телам и учтя степень нагрева аппарата, японцы поняли, что риск провала дополнительной миссии в случае полета к 1998 KY26, по сравнению с его конкурентом, гораздо ниже.

Основные цели дополнительной миссии, которая растянется почти на 11 лет:

— проверка технологий для осуществления длительных миссий в пределах Солнечной системы;

— исследование сверхбыстровращающегося (один оборот – менее 10 мин) небесного тела;

— получение технологий для планетарной защиты от опасных астероидов.

План таков. В начале аппарат будет разгоняться при помощи ионных двигателей (топлива хватает) и сделает 6.5 оборотов вокруг нашего Солнца. За это время будут решаться различные научные задачи, в частности, «Хаябуса-2» займется анализом распределением пыли в межпланетном пространстве, а также попробует обнаружить экзопланеты методом транзитной фотометрии (при прохождении экзопланет на фоне звезды).

В июле 2026 г. «Хаябуса-2» должна пролететь мимо еще одного астероида 2001 СС21. Пролет будет очень быстрым, поэтому у межпланетного зонда есть только один шанс, во время которого бортовые камеры попытаются поймать 2001 СС21 в объектив. Впоследствии, в декабре 2027 г. и июне 2028 г. будут проведены 3-й и 4-й (если считать с начала основной миссии) гравитационные маневры у Земли.

В июле 2031 г. японский зонд приблизится к новому космическому страннику и воочию «узрит», какой формой обладает этот маленький астероид диаметром около 30 м. Также во время дистанционных наблюдений 1998 KY26 ученые попробуют дать объяснение почему эта быстровращающаяся «кроха» не распадается на части? «Хаябусе-2» предстоит найти ответ на поставленный вопрос.

Считается, что как раз такие астероиды падают на Землю, поэтому изучение их в космическом пространстве «в свободном полете» — хороший способ узнать потенциального «врага» заранее, до столкновения с Землей.

На борту второго «сапсана» еще есть по одному целеуказателю и «метательному» ядрышку для пробития наружного поверхностного слоя, поэтому, если будет технически возможно, повидавший многое за свою «космическую» жизнь японский аппарат рискнет сесть на поверхность 1998 KY26 и взять образцы с малого небесного тела! Как отмечают в JAXA, посадку на столь крошечное тело доселе еще никто в мире даже не предпринимал… А поскольку считается, что на 1998 KY26 содержится в том или ином виде вода, то посадка становится еще более притягательной целью!

Посмотрим, достойно ли будет смотреться к тому времени изрядно постаревший второй «сапсан» в новом, немного авантюрном межпланетном приключении. Будем следить за всеми новостями проекта и желаем успеха японским коллегам!

Евгений Рыжков

Источники

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B3%B8%E5%B7%9D%E8%8B%B1%E5%A4%AB

https://www.jaxa.jp/topics/2020/index_j.html#news17599

https://twitter.com/haya2_jaxa/status/1335948062246588416

https://twitter.com/haya2_jaxa/status/1336076773570695170

https://twitter.com/haya2_jaxa/status/1335948062246588416

https://twitter.com/haneda__rjtt/status/1335844406625091584

https://flyteam.jp/news/article/129857

https://curation.isas.jaxa.jp/curation/escuc/index-j.html

https://twitter.com/haya2_jaxa/status/1336142120747298817

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%83%91%E6%98%9F%E7%89%A9%E8%B3%AA%E8%A9%A6%E6%96%99%E5%8F%97%E3%81%91%E5%85%A5%E3%82%8C%E8%A8%AD%E5%82%99