На острие исследований малых небесных тел
Не так мало космических аппаратов исследовали астероиды и кометы в прошлом…
11 сентября 1985 г. европейско-американский зонд International Cometary Explorer (первоначально известный как International Sun-Earth Explorer-3) впервые в истории пролетел сквозь хвост кометы (Джакобини-Циннера).
В середине 80-х гг. предыдущего столетия в рамках международного проекта в составе так называемой «Армады Галлея» соответствующую цель изучали сблизи два советских («Вега-1», «Вега-2»), два японских («Сакигакэ», «Суйсэй») и один европейский («Джотто») разведывательные аппараты.
Запущенный 7 января 1985 г. «Сакигакэ» (яп., «Авангард», «Передовая» (позиция), «Предшествование») и вовсе стал первой автоматической межпланетной станцией Японии и первым межпланетным зондом, созданным не США или Страной Советов, а «Джотто» в 1992 г. совершил еще «рабочий визит» к комете Григга-Скьеллерупа.
В начале 90-х зонд NASA «Галилео», преодолевая главный пояс астероидов, стал первым аппаратом, сблизившимся с астероидом (Гаспра, 29 октября 1991 г.), и запечатлел объект на фотокамеру, а 28 августа 1993 г. он пролетел около малого тела Ида и обнаружил у него спутник (позже названный Дактиль). Так случилось первое открытие спутника у астероида. В июле 1994 г., находясь в самой гуще событий (около Юпитера), «Галилео» заснял падение кометы Шумейкеров-Леви 9 на самую крупную планету Солнечной системы, что стало первым наблюдавшимся столкновением двух небесных тел.
До 12 февраля 2001 г. и другие рукотворные аппараты летали к малым телам нашей системы, но продолжали держаться на почтительном расстоянии, не смея приближаться к ним вплотную (тот же американский зонд Deep Space 1, на рубеже тысячелетий пролетал мимо астероида Брайль и кометы Борелли). Однако же в тот памятный день американская станция NEAR Shoemaker, изучавшая астероид Эрос, совершила первую в истории космических исследований мягкую посадку на астероид. До этого она, выйдя на устойчивую орбиту вокруг Эроса, стала еще и первым искусственным спутником астероида.
NEAR Shoemaker
4 июля 2005 г. импактор американского аппарата Deep Impact преднамеренно врезался в ядро кометы Темпеля 1, и впервые искусственным путем кометное вещество было исторжено наружу.
16 июля 2011 г. зонд DAWN (NASA), перейдя на круговую орбиту вокруг Веста, стал первым аппаратом, работающим на орбите астероида главного пояса.
12 ноября 2014 г. спускаемый аппарат Philae европейско-американской станции Rosetta совершил первую в истории неразрушительную (для КА) посадку на комету (Чурюмова-Герасименко). Затем основной аппарат продолжил дистанционное изучение «хвостатого» объекта, а 30 сентября 2016 г. был направлен на его поверхность для совершения жесткой посадки (таким образом специалисты завершили миссию). Philae кроме того стал первым аппаратом, вышедшим на орбиту вокруг кометы.
Philae
Что касается образцов с малых тел Солнечной системы, то в одной из лабораторий американского Департамента научного исследования астроматериала ARES (КЦ Линдона Джонсона) хранятся образцы из хвоста кометы Вильда 2 (81P/Wild), собранные аппаратом Stardust при сближении с данным телом в январе (доставлено 15 января 2006 г.). Вещество с астероидов Итокава и Рюгу в рамках миссий «Хаябуса-1» и «Хаябуса-2» (доставлено 13 июня 2010 г. и 6 декабря 2020 г.) содержится в японском Центре хранения внеземных образцов ESCuC.
Очередную партию вещества с астероидов мы ожидаем в сентябре 2023 г., когда вернется американский аппарат OSIRIS-REx с образцами Бенну. А достопамятная «Хаябуса-2», скинув капсулу над Новой Голландией (историческое название Австралии до 1824 г.), в соответствии с программой расширенной миссии ринулась к сверхбыстровращающемуся астероиду 1998 KY26 (прибытие в июле 2031 г.), а по пути совершит до кучи мимолетный пролет астероида 2001 СС21.
Тем не менее озвученными миссиями список аппаратов-исследователей астероидов и комет не исчерпывается. На носу – очередные приключения межпланетных аппаратов. И начиная уже с этого лета мы сможем вдоволь ими насладиться. В числе их – станции США и Бразилии.
Начнем с двойного астероида
Существуют планы запуска в нынешнем году сразу нескольких космических аппаратов с соответствующей «специализацией». Их величают DART, Lucy, NEA Scout и ASTER.
Первым из четверки отправится в космос американский аппарат DART (Double Asteroid Redirection Test) – 22 июля 2021 г. на отлетную траекторию его выведет ракета Falcon 9. Интересно то, что это не только зонд-исследователь…
В октябре 2022 г. запланирован контактный эксперимент по кинетическому воздействию на быстровращающийся околоземный астероид Дидим (греч., Didymos – «Близнец») диаметром около 780 м. Дидим, принадлежащий к астероидному классу Xk, – вовсе не простой, а двойной астероид. У него есть свой спутник Диморф (Dimorphos – «Иметь две формы») диаметром всего 160 м, который официально получил данное имя от Международного астрономического союза летом 2020 г. (до этого прибегали к таким названиям, как Didymos-B и Didymoon).
Вид на Дидим с поверхности Диморфа
Так вот, DART поприветствует космического путника, произведя в его сторону залп ударным аппаратом массой 550 кг, который будет приближаться к поверхности со скоростью 6 км/с. Причем, «пострадает» именно Диморф. Предполагается, что вследствие решительных действий орбита спутника станет чуть ближе к орбите Дидима. За несколько дней до «тарана» от основного аппарата отделится создаваемый Итальянским космическим агентством ASI кубсат LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroid) для фотографирования момента столкновения и процесса выброса частиц в окружающее пространство. Для этих целей кубсат размерности 6U совершит автономный пролет Диморфа.
«Гера» обследует Диморф
Демонстрационная миссия DART возложена на плечи Лаборатории прикладной физики APL (Applied Physics Laboratory). Ей помогают некоторые другие лаборатории и исследовательские центры NASA.
После проверки Диморфа на прочность двойное небесное тело с конца 2026 г. на протяжении как минимум полугода будет исследовать европейский аппарат Hera (который запустят в 2024 г. на Ariane 6). Задачи – изучение искусственного кратера и новой, измененной траектории Диморфа. Таким образом ученые намерены выяснить, возможно ли таким способом «сдвинуть» угрожающий столкновением с Землей астероид на безопасную орбитальную траекторию. Соответственно, DART и Hera – это части большого совместного проекта NASA и ESA под названием AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment).
Кстати, в сентябре 2020 г. Европейское космическое агентство подписало с германской космической компанией OHB (Otto Hydraulic Bremen) контракт на сумму 129.4 млн долл, согласно которому последняя должна спроектировать, изготовить и протестировать аппарат Hera с расчетом известного графика запуска.
Попутчиками на Hera полетят первые в межпланетном пространстве европейские кубсаты 6U: Juventas, оснащенный новой версией установленной на Rosetta аппаратуры для низкочастотного радиолокационного изучения «внутренностей» астероида (будет осуществлено впервые в истории) и APEX (Asteroid Prospection Explorer) для спектрального зондирования, магнитных измерений и посадки на поверхность.
Возможно, на борту будет и японский импактор – подобный SCI (Small Carry-on Impactor), которым 5 апреля 2019 г. «Хаябуса-2» выстрелила в Рюгу. Это вполне реально, так как 6 декабря прошлого года команда Hera поздравила японскую команду с успешным завершением миссии. Значит, европейцы с японцами хорошо контактируют, что может вылиться в практическое сотрудничество.
Троянцы, встречайте!
В этом году неспешный променад в сторону Юпитера начнет еще один американский аппарат: Lucy впервые в истории предстоит исследовать троянские астероиды Юпитера (Итокава, Рюгу и Бенну являются околоземными астероидами из группы аполлонов), находящиеся в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5 системы Солнце-Юпитер и орбитальном резонансе 1:1 с планетой.
В октябре-ноябре ракета-носитель Atlas V запустит «Люси», которая для начала в 2025 г. пролетит мимо астероида Дональдджохансон, а к 2027 г. достигнет точки Лагранжа L4 (группа астероидов, двигающихся по орбите на 60° впереди Юпитера), где встретится с астероидами Эврибат (и его спутником Квета), Полимела, Левкус и Орус. Затем аппарат вернется к Земле для осуществления гравитационного маневра с целью получения импульса для выхода к точке Лагранжа L5 (группа астероидов, двигающихся по орбите на 60° позади Юпитера), где в 2033 г. навестит Патрокл и его спутник Менетий. Считается, что это первый обнаруженный двойной астероид.
«Люси» пролетает Эврибат
Аппарат получил название в честь скелета женской особи австралопитека афарского, найденного в Эфиопии в 1974 г. Возглавлял экспедицию американский палеоантрополог Дональд Карл Джохансон.
К концу июля 2021 г. должна завершиться общая сборка и тестирование аппарата. Привольное плавание в юпитерианских далях может и продлиться после 2033 г. – если у «австралопитека» хватит топлива на дополнительные задачи. Всего (считая спутники) перед зондом поставлена задача исследовать восемь тел, однако какие-то астероиды-одиночки могут оказаться двойными, и тогда потребуется изучить и их тоже.
Более скромные миссии
Одним из тринадцати кубсатов, которые разместят попутной нагрузкой на перспективном американском корабле Orion (миссия Artemis 1), станет NEA Scout (Near-Earth Asteroid Scout). Старт первой миссии новой пилотируемой космической программы NASA по высадке людей на Луну намечается на ноябрь.
Американский «Скаут» (англ., «Разведчик»), который Orion доставит в окололунное пространство, будет оснащен солнечным парусом. Проект реализуется Центром космических полетов Джорджа Маршалла совместно с Лабораторией реактивного движения JPL.
NEA Scout
Назначение кубсата – попробовать сблизиться с приближающимся к Земле астероидом и изучить его. Наиболее вероятной «жертвой» станет 1991 VG диаметром 5-12 м. Поскольку в августе 2017 г. этот объект пролетел близко от Земли, ученые возродили к нему интерес, а впоследствии и выбрали «пунктом назначения» для NEA Scout. Для выхода на оптимальную траекторию с гелиоцентрической орбиты кубсат совершит несколько гравитационных маневров у Луны. Сам полет к астероиду займет около двух лет.
В конечном счете «Скаут» пролетит мимо 1991 VG на очень близком расстоянии – примерно 10 км – и совершит серию фотосъемок малого тела. Если аппарат будет нормально функционировать, возможна расширенная миссия – пролет другого астероида или же возвращение к 1991 VG. Изучение физических свойств объектов, сближающихся с Землей, в будущем позволит выработать стратегию «нейтрализации» таких тел при наличии угрозы их столкновения с Землей.
И последний запуск этого года – аппарат ASTER Бразильского космического агентства AEB. В 2022 г. он прибудет к околоземному тройному астероиду 2001 SN263 группы Амуров. Главное тело системы имеет диаметр около 2.8 км, два остальных – 1.1 и 0.4 км.
ASTER разрабатывается на основе небольшой российско-финской платформы MetNet. На аппарате установят четыре электрических двигателя, работающих на солнечной энергии и разрабатываемых в Бразилии. Если ASTER успешно запустят в этом году, то он станет первым межпланетным зондом Бразилии.
На исследование тройной системы в целом, а также структуры, распределения масс и гравитации каждого тела, плюс строения, минералогического и химического состава опять же каждого тела системы отводится 4 месяца. Бразильский зонд кроме того может получить задачу изучения космической плазмы и провести на борту астробиологический эксперимент по выживанию микроорганизмов в межпланетной среде.
В тексте не было ни намека на будущие аппараты-исследователи комет, и это объясняется тем фактом, что в 2021 г. таковых не предвидится. Но в следующей части статьи такие миссии появятся…
Евгений Рыжков
Источники
https://en.wikipedia.org/wiki/AIDA_(mission)
https://en.wikipedia.org/wiki/Double_Asteroid_Redirection_Test#Mission
https://www.nasa.gov/planetarydefense/dart
https://www.esa.int/Safety_Security/Hera/Spacecraft2
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2020/06/Hera_and_its_asteroid_target
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8869672
https://en.wikipedia.org/wiki/Lucy_(spacecraft)
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/lucy-milestone-kdp-d
https://en.wikipedia.org/wiki/Near-Earth_Asteroid_Scout
https://en.wikipedia.org/wiki/ASTER_(spacecraft)
