Наздогнати-засмагати-дослідити... Саме так можна сьогодні сформулювати основне завдання космічного апарату «Розетта», який на початку вересня 2012 року перетнув орбіту Юпітера і попрямував до комети Чурюмова-Герасименко.
Апарат Європейського космічного агентства, запущений ще в березні 2004 року і виконав довгий дослідницький шлях у Сонячній системі, сьогодні рухається до своєї нової (і, мабуть, головної) мети - комети, відкритої в 1969 році вітчизняними астрономами Климом Чурюмовим і Світланою Герасименко. Після зустрічі з нею на початку 2014 року апарат повинен опуститися на поверхню ядра комети для проведення великих і досить тривалих досліджень.
Треба сказати, що комети як небесні тіла і раніше не були обділені увагою дослідників. Однак багато таємниць цих «скитальців всесвіту» не розкриті і сьогодні. Ще
пам'ятні польоти до комет радянських станцій «Вега-1» і «Вега-2», космічних апаратів Японії, США, Європейського космічного агентства. Вони дали цінні наукові результати про комети і нашу Сонячну систему. Але це були «звичайні» прогоново-зондуючі маршрути, що передбачають лише короткі, швидкоплинні зустрічі з кометами, на траєкторіях, що дозволяють проводити їх дистанційні дослідження.
На таких маршрутах космічний апарат знаходиться поблизу небесного тіла протягом декількох хвилин (у кращому випадку десятків хвилин), коли можна проводити більш-менш детальні дослідження комети, її хвоста, коми (навколишньої оболонки), і, нарешті, якщо вдасться, - самого ядра. Адже маючи хвіст в десятки, а то й більше сотні мільйонів кілометрів, саме ядро комети невелико - всього лише кілька кілометрів. А далі шляхи апарату і комети на таких маршрутах розходяться назавжди.
Варіант експедиції з посадкою апарату на поверхню ядра цього «космічного мандрівника» досить привабливий. Безпосередні детальні дослідження в самому «серці» комети - її ядрі, вважають вчені, допоможуть отримати дані про ранні стадії утворення небесних тіл Сонячної системи. І, мабуть, найцікавішим результатом такої місії може стати виявлення органічних складних молекул, що дозволить підтвердити або відкинути «кометну» гіпотезу занесення життя на Землю.
Однак виконати завдання «кометної» посадки не так просто. Справа в тому, що перехід апарату на орбіту комети призводить, як правило, до вельми високих швидкостей старту і особливо швидкості зустрічі апарату з ядром комети. Наприклад, швидкість прольоту комети Галлея у відомому проекті «Вега» становила понад 70 км/с. Зрозуміло, що ні про яку посадку в таких випадках не може бути й мови. Подібні жорсткі умови зустрічі з кометою-метою були і в інших реалізованих проектах.
Так чи є які-небудь можливості зменшення швидкості зустрічі космічного зонда з кометою, щоб реалізувати доставку наукових приладів безпосередньо в ядро комети?
Як показує аналіз схем такого роду експедицій, варіант з посадкою можливо здійснити, лише маючи значний запас палива на кінцевій ділянці гальмування (що нереально, тому що призводить до величезної стартової ваги апарату).
Інший варіант пов'язаний з вибором найбільш раціональної схеми перелітного маршруту. Дійсно, якщо на шляху до комети-цілі використовувати попутний проліт однієї або декількох планет, то під дією їх полів тяжіння (виконуючи гравітаційні маневри) можна цілеспрямовано змінювати орбітальну енергію апарату. В результаті дії полів тяжіння планет обльоту можна знизити витрати палива на переліт апарату до комети і домогтися найкращих умов зближення апарату з ядром комети.
Для цього можна використовувати в різних комбінаціях як поля планет Земної групи (Венери, Марса, Землі, Меркурія), так і Юпітера, та інших великих планет. Зрозуміло, число і порядок обльоту планет, часові діапазони місії визначаються в кожному конкретному випадку залежно від обраної комети-мети та її положення в орбіті.
Розробниками місії «Розетта» (назва зонда походить від знаменитого Розеттського каменю - легендарного артефакту, за допомогою якого вчені змогли розшифрувати давньоєгипетські ієрогліфи), здійснення якого взяло на себе Європейське космічне агентство, на основі такого підходу був сформований досить складний маршрут польоту апарату з трьома послідовними прольотами Землі, одним прольотом Марса. Маршрут включав також попутну зустріч з двома астероїдами, розташованими в астероїдному поясі між орбітами Марса і Юпітера, на шляху до комети Чурюмова-Герасименко.
Стартувавши 2 березня 2004 року і здійснюючи послідовно пертурбаційні маневри в полях тяжіння планет, апарат на початку вересня 2008 року пролетів поблизу невеликого астероїда Штейніс (на знімку він схожий на діамант, його розміри близько 6 км), а в липні 2010 року - більш великого астероїда Лютеція (його розмір 132 км з чітко видимими кратерами). З борту апарату були проведені їх дистанційні дослідження, зроблені і передані на Землю унікальні знімки цих малих небесних тіл.
Після цього зонд «Розетта» продовжив свій рух до комети-мети, до якої він повинен наблизитися в березні 2014 року, щоб згодом вийти в околиці голови комети.
Тут настане дуже відповідальний етап наведення і зближення з зовсім невеликим небесним тілом - ядром комети (3 на 5 км).
Дистанційні кометні дослідження включатимуть зйомки і передачу зображення комети та її ядра на підлітковій траєкторії, (що особливо важливо при проведенні етапу самої посадки), вивчення кометних випромінювань, природи і складу летючих речовин, що виходять з ядра, коми і хвоста комети. Нарешті, в серпні 2014 року планується проведення картографування поверхні ядра комети, в т. ч. і для вибору та уточнення місця посадки апарату, що спускається.
Сама ж доставка приладів на ядро комети може здійснюватися різними способами.
Вона може виконуватися за «планетним» сценарієм - з включенням гальмівного двигуна і здійсненням посадки автомата-дослідника на поверхню ядра комети.
Інший варіант пов'язаний з використанням гарпунно-тросової системи, ідея якої була запропонована ще радянським астрономом В.А. Бронштеном.
Розробниками місії «Розетта» використовували комбінований варіант. При підльоті до комети з борту «Розетти» в листопаді 2014 року повинен бути запущений апарат «Philae lander» який підійде до комети з відносною швидкістю близько 1м/с і при контакті з її поверхнею випустить два гарпуни. Це дозволить «заякорити» «Philae lander», оскільки досить мале поле тяжіння ядра комети не здатне утримати апарат, і він може просто-напросто відскочити від поверхні ядра, як тенісний м'ячик від стінки.
Після висадки на поверхню апарат почне безпосередні і тривалі дослідження хімічного складу «первородної» речовини ядра комети, вивчення фізичних і хімічних процесів, що протікають в його надрах, вивчення зміни активності комети з часом. Перебуваючи безпосередньо на поверхні комети і рухаючись разом з нею по її орбіті, апарат буде проводити дослідження складних процесів, що проходять в зоні ядра, газопилової коми і навколишнього простору протягом запланованого часу - до грудня 2015 року.
В даний час, перебуваючи від Сонця на відстані близько 700 млн. км, апарат переведений в «сплячий режим» для збереження потужності батареї бортових акумуляторів. Наприкінці січня 2014 року планується його активізувати за сигналом із Землі, щоб приступити до завершального майже 2-х річного етапу місії - безпосереднього вивчення комети Чурюмова-Герасименко.
Ілюстрації:
1. Космічний апарат «Розетта»
.2. Астероїд Штейнс
.3. Астероїд Лютеція.4
. Тривимірна модель ядра комети 67Р/Чурюмова - Герасименко, виконана за допомогою космічного телескопа Хаббл.