Artemis I. Новая астероидная миссия

К настоящему дню в межпланетном пространстве находится великолепная четверка аппаратов, специализирующихся на астероидах – «нестареющая» «Хаябуса-2», OSIRIS-REx, Lucy и самый «зеленый» из них – новичок NEA Scout.

Изложение полета японской ветеранки мы в этот раз в повествовании опустим, а расскажем-ка лучше о свежих подробностях работы завершившейся, настоящей и только предстоящей кубсата NEA Scout и аппаратов DART, Hera, Lucy, OSIRIS-REx, Psyche и Comet Interceptor.

Солнечный «Скаут»

Предлагаем вашему вниманию NEA (Near-Earth Asteroid) Scout («Аппарат-разведчик околоземных астероидов»), который наряду с другими девятью кубсатами был в списке попутной полезной нагрузки, выведенной в первом полёте связки SLS/Orion в ходе миссии Artemis I. Кубсат разработан Центром космических полётов им. Джорджа Маршалла (George Marshall Space Flight Center) и Лабораторией реактивного движения NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory) под эгидой Отдела перспективных освоенческих систем NASA (Advanced Exploration Systems division).

Так получилось, что новобранцем, влившимся в стройные ряды «охотников за астероидами» стал не полноценный космический аппарат (КА), а «солнечный парусник», так как ожидавшая запуска в 2022 г. Psyche полетит только в 2023 г. – но о ней в конце статьи.

Кубсат NEA Scout размерностью 6U и размером 10x20x30 см – это никак не новый член международного скаутского движения, в котором совсем юных молодых людей «натаскивают», чтобы они всесторонне развивались как полноценные личности, и это не скаут из мира спорта, являющийся по сути специалистом, присматривающим для вербовки в свой клуб, допустим, футбольный, новые таланты в национальном и зарубежных чемпионатах.

Старт SLS с КЦ Кеннеди с кораблем Orion и 6U-кубсатами на борту

16 ноября, когда осень была уже вовсю близка к полной передаче своих прав зиме, с пусковой площадки LC-39B Космического центра (КЦ) им. Джона Фицджеральда Кеннеди (John Fitzgerald Kennedy Space Center) «Разведчик» начал свою почти двухгодичную миссию с целью пролета 2020 GE, околоземного астероида диаметром менее 18 м.

NEA Scout стал первым американским межпланетным аппаратом, полет которого основан на технологии солнечного паруса, который будет основным «движителем» кубсата в дальнем космосе, однако для маневров и ориентации борт оснащен небольшими двигателями на холодном газе с ограниченным запасом топлива.

Солнечным «парусникам» давно прочат хорошие перспективы в космических далях, и они весьма эффективны для КА малой массы. Так что «Скаут» должен будет «плыть, как рыба в воде».

КА будет маневрировать, наклоняя парус квадратной формы площадью 86 м² (в раскрытом состоянии), сделанный из пластика с алюминиевым покрытием, для изменения угла падения солнечного света, меняя силу тяги и направление полета.

И здесь и России есть от чего испытывать гордость, поэтому напомним, что солнечный парус впервые был успешно развернут в космосе в 1993 г. около станции «Мир» в рамках российского проекта «Знамя-2». А в 2010 г. уже японцы испытали данную технологию на аппарате IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun), который на солнечных парусах впервые в мире пролетел у другой планеты (Венеры) 8 декабря 2010 г.!

NASA справедливо гордится тем, что если NEA Scout в космосе в техническом плане «не ударит в грязь лицом», то станет первым аппаратом, что вблизи исследовал небесное тело размером менее 100 м в поперечнике, так как до сего момента у межпланетных аппаратов до них «руки не доходили», а также первым кубсатом, долетевшим до астероида!

«Скаут», его парус и исследование 2020 GE в представлении художника

Задача NEA Scout вторит его названию – провести разведку астероида в интересах будущих пилотируемых экспедиций и автоматических миссий, чтобы лучше проработать планы по добыче ресурсов с этих малых тел, и вдобавок получить ценные сведения. необходимые для организации планетарной защиты от данного класса околоземных астероидов.

Итак, 2020 GE в сентябре 2023 г. пролетит у Земли (на расстоянии около 5.7 млн км), и NEA Scout благодаря гравитационному маневру у Луны приобретет достаточную скорость, чтобы догнать вверенный ему небесный объект.

Достигнув цели, аппарат задействует монохромную камеру для получения фотографий высокого качества, поскольку кубсат пролетит мимо астероида (в хорошем смысле) на малой относительной скорости (около 30 м/с). Считается, что это будет самый медленный пролет астероида из всех ранее совершенных.

Фотосъемка поможет понять физические свойства 2020 GE – его орбиту, форму, размер, вращение, потенциально окружающее его пыле-осколочное поле и также свойства поверхности астероидов такого класса.

Камера «Скаута»

Кроме этого можно будет прояснить, все-таки 2020 GE – это «нормальное» скалистое тело или же опять «кучка щебня» (rubble pile) сродни некоторым крупным околоземным астероидам вроде Рюгу или Бенну из группы Аполлонов?

NEA Scout – это и подготовительная миссия для проекта Solar Cruiser по наблюдению за космической погодой, в котором в 2025 г. будет использован солнечный парус в 16 раз больше (площадью 1700 м²).

И любопытно, что разрабатываемый лунный герметичный ровер JAXA ранее назвало Lunar Cruiser, а японская АМС OKEANOS (Oversize Kite-craft for Exploration and AstroNautics in the Outer Solar system), пока что планируемая к запуску в 2026 ф.г. на перспективной ракете H-III, с целью изучения троянских астероидов Юпитера, будет оснащена гибридной двигательной установкой в виде ионного двигателя и солнечного паруса.

Астероидная пыль

Совершенно очевидна и сама собой напрашивается связь миссии DART (Double Asteroid Redirection Test) с игрой «Дартс» (Darts или dart-throwing), в которой необходимо кинуть дротик так, чтобы попасть «в яблочко» – центр мишени. Только КА массой 570 кг предстояло попасть в одно из самых малых космических объектов, удостоившихся собственного имени – Диморф (Dimorphos) диаметром всего 160 м, меньшее тело двойной астероидной системы. Главное тело – это гораздо больший Дидим (Didymos) диаметром 780 м.

DART с установленными солнечными панелями ROSA и навигационной камерой DRACO

24 ноября 2021 г. на ракете Falcon 9 со стартового комплекса SLC-4E базы Космических сил Ванденберг (Vandenberg Space Force Base) был запущен DART, созданный для столкновения с астероидом и проверки методики отклонения траектории небесных тел.

Миссия осуществляется под руководством Лаборатории прикладной физики (Applied Physics Laboratory/APL) им. Джона Хопкинса в интересах Координационного бюро NASA по планетарной защите (Planetary Defense Coordination Office/PDCO) и при поддержке нескольких КЦ американского агентства.

DART оснастили оптической камерой для разведки и навигации по астероидам DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical) – на его создание инженеров вдохновил LORRI, использовавшийся на New Horizons. Этот модернизированный формирователь изображений стал единственным бортовым инструментом. В сочетании с автономным навигационным ПО SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real-Time Navigation) он сыграл ключевую роль в ориентации DART в космосе и определении астероида, на который следовало нацелиться.

План столкновения

27 сентября 2022 г. DART, находившийся на расстоянии около 11 млн км от Земли, как метательное оружие, с порядочного расстояния, нисколечко не церемонясь, запустили в Диморф со скоростью примерно 22530 км/ч, и «несчастный» разрушился на мелкие кусочки, а на месте «небесной трагедии» всего-навсего появилась новая ямка. Кстати, и не предполагалось, что DART будет разить бедные небесные тела налево и направо – он не многоразовый. Поэтому импактор «подпортил» жизнь лишь одному астероиду и сам ушел на покой.

Таким образом была организована проверка нанесения предупреждающего удара по незваным гостям из нашей и иных звездных систем. Первая в истории. То есть первый раз прошла проверку технология кинетического удара – столкновения КА с телом Солнечной системы на скорости около 6 км/с с намерением изменить его курс. Полученный опыт поможет разработать надежные методы отклонения траекторий полета астероидов в случае, если такая опасность когда-нибудь буквально надвиснет над Землей.

Столкновение в представлении художника

Как выяснили ученые в результате дистанционных наблюдений с помощью планетарных радаров и, насколько хватило силы зрения техники, наземных телескопов, Диморфу досталось, так сказать, по полной – столкновение на нескольку минут, а именно на 32 (!) уменьшило период обращения астероида вокруг Дидима. Диморф стал первым во Вселенной небесным телом, орбита которого подверглась искусственному изменению!

Итальянский кубсат LICIACube, отделившийся от DART за 15 суток до столкновения, пролетел мимо астероида через несколько минут после удара и сделал 720 снимков, на которых видны детали шлейфа, не различимые с Земли.

Как и следовало ожидать, от преднамеренного и направленного «кораблекрушения» на небольшом клочке «земли» посреди необъятных космических далей появился сноп света.

Наблюдения за астероидной системой будут продолжаться в течение нескольких месяцев, в том числе с помощью крупных наземных и космических телескопов, которые

зарегистрировали шлейф обломков, простирающийся на 10 тыс. км от Диморфа.

NASA не планирует больше проводить испытания технологии «кинетического тарана» аки DART. В настоящее время приоритетом NASA в области планетарной защиты является NEO (Near Earth Object) Surveyor ‒ космический инфракрасный телескоп для ускоренного обнаружения новых околоземных астероидов. Цель – помочь найти не менее 90% всех околоземных объектов размером не менее 140 м. Запуск запланирован NASA на 2028 г.

После импактора

Теперь поговорим о делах весьма скоро грядущих – ведь нельзя умолчать и не сказать «пару ласковых слов» про продолжение миссии DART.

В октябре 2024 г. ESA отправит в 26-месячный полет аппарат Hera к двойной астероидной системе, где и произошло импактное событие, дабы определить точную массу бедолаги, из чего он состоит, а также узреть воочию образовавшуюся «выбоину».

Hera, получившая название в честь древнегреческой царицы богов, будет заниматься только «каботажным судоходством» – исследовать «берега» двойной астероидной системы, без выхода в «открытое море» – других целей в космосе у миссии нет.

Основной аппарат «Геры» с двумя кубсатами-компаньонами, Milani и Juventas

Основной аппарат Hera будет дополнен двумя спутниками. Milani будет отвечать за спектральные наблюдения поверхности, а Juventas проведет первые радиолокационные зондирования недр астероида. Как тут не удержаться и не заметить сходство названий с итальянскими футбольными клубами Милан (Milan) и Ювентус (Juventus) – давними соперниками за победу в Серии А?! Как бы то ни было, в космос «миланцу» и «туринцу» предстоит отправиться в одной «повозке», оставив в стороне футбольное противостояние, символизирующее по сути политико-экономическое соперничество двух городов.

Мilani и Juventas будут работать сплоченно

Сама богиня будет оснащена камерами, спектрометрами, радарами и наноспутниками для измерения формы, массы, химического состава и других параметров астероида.

Гравиманёвр «австралопитека афарского»

16 октября 2021 г. американский межпланетный зонд Lucy был запущен со стартового комплекса SLC-41 мыса Канаверал на ракете Atlas V. В январе 2017 г. Lucy была отобрана в качестве 13-й миссии программы NASA Discovery.

Стартовая масса полностью заправленной «Люси» составляла около 1.5 т, ширина корпуса – 14.25 м, высота – 7.2 м. В составе энергосистемы используются двойные круглые солнечные батареи диаметром 7.3 м. Для связи с Землей есть антенна с высоким коэффициентом усиления диаметром 2 м. На борту КА упрятана «мемориальная табличка» с сообщениями и диаграммами.

Юго-Западный исследовательский институт (Southwest Research Institute) осуществляет научное руководство миссией. Центр Годдарда обеспечивает общее управление, проектирование систем, безопасность и страхование миссии. Управление полетом осуществляет Центр Маршалла.

Lucy был построен на заводе Lockheed Martin Space с учетом уроков, извлеченных из создания аппаратов New Horizons и OSIRIS-REx. Три научных инструмента были взяты из этих миссий.

LOng Range Reconnaissance Imager/L’LORRI – это телескопическая панхроматическая камера видимого диапазона с высоким пространственным разрешением, основанная на приборе LORRI, использованном в New Horizons. L’LORRI предоставит подробные изображения поверхностей троянских астероидов Юпитера.

Термоэмиссионный спектрометр Thermal Emission Spectrometer/L’TES, созданный на основе термоэмиссионного спектрометра OSIRIS-Rex (OSIRIS-Rex Thermal Emission Spectrometer/OTES) и ИК-спектрометра Emirates Mars (Emirates Mars Infrared Spectrometer/EMIRS), установленного на межпланетной станции для исследования Марса «Аль-Амаль» (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/75177.html), будет обнаруживать излучение, исходящее от «троянцев».

Третий и последний инструмент – это L’Ralph, состоящий из двух субинструментов: многоспектральной камеры визуализации видимого диапазона (Multispectral Visible Imaging Camera/MVIC) и ИК-спектрометра (Linear Etalon Imaging Spectral Array/LEISA). За основу взят прибор Ralph, установленный на New Horizons. L’Ralph будет измерять количество силикатов, льда и органических веществ на поверхности троянских астероидов.

После запуска одна солнечная батарея раскрылась полностью, но вторая – лишь на 75-95%. Но даже в таком виде на КА поступало достаточно энергии, чтобы выполнить основные задачи, поэтому инженеры «выдохнули».

Межпланетный аппарат получил название в честь скелета женской особи афарского австралопитека, найденного в Эфиопии в 1974 г. в ходе французско-американской экспедиции под начальством американского палеоантрополога Дональда Карла Джохансона (Donald Carl Johanson). А данной представительнице семейства гоминидов, в свою очередь, дали имя собственное в честь девушки из песни The Beatles «Lucy in the Sky with Diamonds» («Лю́си в небесах с алмазами»).

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. Кроме этого за 12 лет основной миссии Lucy посетит рекордное количество небесных объектов.Диморф станет вторым по величине (после 2020 GE, который в 2023 г. изучит кубсат NEA Scout) из самых малых когда-либо изучавшихся астероидов.

Кадрированный снимок Земли. Слева вверху – эфиопский штат Афар, «прародина» названия зонда. 15 октября 2022 г. Расстояние до Земли – 620 тыс. км

16 октября, несмотря на пресловутые проблемы с солнечной батареей, Lucy совершила первый (из трех) гравитационный манёвр у Земли. 13 декабря 2024 г. состоится второй пролет Земли, после чего 20 апреля 2025 г. зонд мимолетно увидит астероид класса С и диаметром 3.9 км из главного пояса Дональд Йохансон – надо же отдать должное тому, с кого всё пошло (если не считать «Ливерпульскую четверку»).

В 2027 г. аппарат «сушит весла», достигнув точки Лагранжа L₄ (где находится группа астероидов, двигающихся по орбите на 60° впереди Юпитера) и, сбросив там «гравитационный якорь», приступает к изучению (в 2027-2028 гг.) еще ничего не подозревающих небесных тел из «греческого лагеря».

Это будут «греки» Эврибат (и его спутник Квета), Полимела (и его пока еще безымянная луна), Левкус и Орус.

«Люси» пролетает троянский астероид (в представлении художника)

После знакомства с древними греками Lucy вернется к Земле для выполнения последнего гравитационного маневра, запланированного на 26 декабря 2030 г., и направится к точке Лагранжа L₅ (группа астероидов, двигающихся по орбите на 60° позади Юпитера).

Зонд продолжит привольное плавание в юпитерианских далях и, выйдя на орбиту вокруг точки L_5, будет «пробиваться» уже сквозь «троянский лагерь». 2 марта 2033 г. он навестит Патрокл, считающийся первым открытым двойным троянским астероидом, и его спутник Менетий. На этом основная миссия подойдет к логическому концу.

Чем одарит «Люси» царство «троянцев»? Не скоро, но мы все же это узнаем.

OSIRIS-APEX

25 апреля 2022 г. NASA приняло решение продолжить работу аппарата OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) после сброса на Землю капсулы с грунтом Бенну, который состоится осенью 2023 г. (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/80451.html).

Расширенная миссия получила название OSIRIS-APEX (OSIRIS-APophis EXplorer). Новым заданием станет выход на орбиту вокруг астероида Апофис, относящегося к спектральному классу S (кремниевый) и имеющего диаметр около 370 м, и его исследование вскоре после того, как в апреле 2029 г. тот пролетит на расстоянии около 32 тыс. км от Земли. Межпланетный аппарат в том числе оценит изменение траектории небесного тела под действием земной гравитации, а также использует бортовые газовые двигатели, чтобы «выбить» с поверхности Апофиса пылевые частицы и мелкие скалистые породы для изучения.

Что касается Бенну, астероида типа «кучи щебня», то 7 июля NASA сообщило, что если бы OSIRIS-REx в 2020 г. не включил двигатели для подъема с астероида после быстрого сбора пыли и пород (20.10.2020), то мог бы погрузиться в его глубь…

Внешняя поверхность небесного тела, как оказалось в результате исследований, по консистенции похожа на «яму с пластиковыми шариками» (Plastic Ball Pit), так как вещество там лежит неплотно и имеет очень слабые связи друг с другом.

Человек, ступивший на такую хлипкую поверхность, ощутил бы лишь легкое сопротивление. Еще одно сравнение – такое, как когда мы давим на поршень кофейного френч-пресса.

Рон Баллоуз (Ron Ballouz), ученый проекта OSIRIS-REx из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory) так описал процедуру забора грунта: «когда мы включали двигатели для возвращения на орбиту вокруг Бенну, мы все еще погружались в астероид».

Новая информация поможет лучше разобраться в данных дистанционного зондирования Бенну и грамотнее планировать новые миссии к астероидам и проекты планетарной защиты. Ведь такие тела, образующие единое целое благодаря гравитации или электростатической силе, могут разрушиться в атмосфере Земли и причинить гораздо больше неприятностей, чем «твердые» и более плотные астероиды.

Валуны – броня Бенну

Затем, 16 июля исследователи посредством статьи в журнале Nature Geoscience сообщили, что устланный валунами покров Бенну защищает его от ударов микрометеоритами и образования малых кратеров, и позволили себе уподобить его «бронежилету», «броне» или «доспехам» (body armor) астероида.

Избыток валунов принимает на себя удары непрошеных микрометеоритных гостей. но в то же время крупные куски пород разрушаются и дробятся. А те, что все же долетают до поверхности, оставляют на Бенну меньший ударный след, чем если бы на астероиде присутствовали более мелкие валуны.

Обладание данной защитой означает, что недосягаемые внутренние части Бенну гораздо старше постоянно перемешивающихся с микрометеоритами внешних слоев поверхности.

22 июля исследователи проекта рассказали, что изменения на поверхности астероидов происходят быстрее, чем на Земле. Изучая места в породах Бенну, по которым проходят трещины, они узнали, что Солнцу хватает 10-100 тысяч лет, чтобы разрушить валуны процессом нагрева.

Трещины в породах Бенну

Это не быстро, как кажется на первый взгляд. Но дело тут в том, что ученые предполагали процесс разрушения гораздо более длительным, думая, что на него уходит несколько миллионов лет.

21 сентября 2022 г. двигатели OSIRIS-REx включились на 30 с для корректировки траектории возвращения к Земле, благодаря чему аппарат пройдет на расстоянии около 2200 км от Земли.

Но новая серия корректирующих маневров, начинающаяся в июле 2023 г., выведет КА на высоту до 250 км от поверхности – достаточно близко, чтобы капсула с образцами на парашюте приземлилась точно на Испытательно-тренировочном полигоне ВВС США в штате Юта (Utah Test and Training Range) – в Пустыне Большого Солёного озера (Great Salt Lake Desert).

В хьюстоновском КЦ им. Линдона Джонсона (Lyndon B. Johnson Space Center/JSC) уже построили новую лабораторию для хранения и работы с образцами Бенну. Часть пород Центр отдаст на изучение зарубежным исследовательским лабораториям, а большую часть отложит впрок для будущих поколений, которые исследуют их технологиями, на сей день не открытыми человечеством.

Psyche. 2023 год

В начале 2017 г. NASA отобрало миссию Psyche для изучения астероида Психея в качестве 14-й миссии программы Discovery (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/78707.html). Вместе с основным КА планировалось доставить в космос два малых зонда-близнеца, известных под общим названием Janus («Янус»), с целью научного «осмотра» двух двойных астероидов 1996 FG3 и 1991 VH.

Зонд Psyche

Изначально запуск «Психеи» на ракете Falcon Heavy был запланирован на август 2022 г., но сначала его перенесли на резервное пусковое окно в конце сентября ‒ начале октября с.г., а 24 июня и вовсе отложили на 2023 г., придя к выводу, что у NASA нет времени для завершения тестирования ПО аппарата (точнее проблема крылась в имитирующем КА при помощи аппаратуры и ПО испытательном стенде). Поэтому еще летом было ясно, что не видать нам запуска в этом году…

Однако 28 октября 2022 г. NASA объявило, что зонд, создаваемый для первого в истории изучения металлического астероида, полетит аж в октябре 2023 г. Стартовое окно открывается 10 октября 2023 г., и в таком случае зонд прибудет к Психеи в августе 2029 г.

4 ноября NASA опубликовало отчет независимой комиссии, подготовленный по заказу агентства. Независимая экспертиза постановила, что, хотя задержки в разработке и тестировании стали причиной переноса запуска с августа 2022 г., это не единственные проблемы, возникшие в процессе подготовки миссии. Иные нерешенные вопросы с ПО, неполная проверка и аттестация систем КА, а также плохо проработанные планы и подготовка к реализации миссии также, вероятно, внесли свою лепту в клубок проблем.

Но комиссия заверила, что NASA разработало план, при котором возможно осуществить запуск межпланетного зонда в октябре 2023 г. Так что миссию никто не отменяет, что, конечно, радует.

Однако же проблемы с основным КА повлияли на «Януса». Задержка означает, что изначально поставленная перед «двуликим» задача ‒ пролеть мимо 1991 VH и 1996 FG3 ‒ более не представляется выполнимой.

18 ноября NASA все-таки «сняло» древнеримского бога с миссии Psyche. В настоящее время прорабатываются разные варианты запуска Janus.

Тройной перехват

8 июня 2022 г. ЕКА официально утвердила проект Comet Interceptor («Перехватчик комет»), разрабатываемый в рамках миссии F1 (от слова fast) европейской программы Cosmic Vision, и он перешел от стадии проектирования в фазу реализации (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/78707.html).

Пятилетняя миссия, в которой участвует и Япония, начнется в 2029 г. с запуска основного аппарата и двух более мелких зондов для исследования пока еще не определенной долгопериодической кометы (наверняка ученые остановятся на каком-либо объекте из облака Оорта) или межзвездного тела. Если до самого конца подходящая кандидатура не появится «на горизонте», то выбор падет на какую-то из уже открытых короткопериодических комет.

Comet Interceptor – первый комплекс аппаратов, который начинают строить до определения конечной цели их космического вояжа.

Логотип Comet Interceptor

ESA построит основной зонд (пронумерован как А) и один дополнительный (В2), а JAXA только один дополнительный (В1) массой 30 кг.

Перед пролетом небесного тела аппаратом А будут выпущены В1 и В2, перед которыми поставлена задача приближения к цели и проведения разведки. Но на них, как и на исполнителе главной роли, также будет установлено множество научной аппаратуры, которая поможет составить 3D-карту области вокруг цели. Еще одна из задач проекта – изучение химического состава небесного тела, чтобы понять, могли ли такие объекты в прошлом занести воду на нашу планету.

И обязательно Comet Interceptor внесет вклад в дело защиты от астероидов и других небесных тел, присоединившись к исследованиям других «планетарных защитников», той же Hera…

Справа ‒ Облако Оорта, источник долгопериодических комет