"Розетта" на пути к комете
На минувшей неделе с космодрома «Куру» во Французской Гвиане успешно стартовала европейская ракета-носитель «Ариан-5», которая вывела в космос исследовательский зонд под названием «Розетта». Теперь «Розетте», прежде чем она достигнет своей цели – одной из комет на периферии Солнечной системы, – предстоит долгий, более чем 10-летний путь длиной в 5 миллиардов километров. Сотрудники Европейского космического агентства (ESA), которым пришлось ждать этого старта больше года, смогли, наконец, вздохнуть с облегчением. Судьба этого уникального и на редкость амбициозного проекта, в подготовке которого принимали участие учёные, прежде всего, Германии, а также 13-ти других европейских стран, США, Канады и Австралии, складывалась очень непросто. Первоначально «Розетта» должна была отправиться в путь в середине января 2003-го года, однако за месяц до намеченного срока пробный запуск новой модификации ракеты «Ариан» повышенной грузоподъёмности завершился аварией – ракета взорвалась почти сразу после старта. Риск повторной неудачи, чреватый потерей дорогого космического аппарата, руководители проекта «Розетта» сочли слишком высоким и приняли решение отложить старт, чтобы конструкторы ракеты-носителя довели своё детище до ума. Это означало новый маршрут и новые расчёты: теперь вместо кометы Виртанена целью экспедиции была выбрана комета Чурюмова-Герасименко. Однако и новый старт, назначенный на конец февраля – начало марта 2004-го года, чуть было не сорвался: обратный отсчёт пришлось прерывать дважды – сначала из-за сильного ветра в верхних слоях атмосферы, на следующий день – из-за дефекта в термоизоляции ракеты. Но в конце концов запуск увенчался успехом. Правда, это лишь самая первая стадия долгой и сложной миссии.
Надо сказать, что учёные решили одним выстрелом – запуском «Розетты» – убить сразу трёх зайцев: траектория полёта зонда выбрана с таким расчётом, чтобы он на своём пути к комете, пересекая расположенный между орбитами Марса и Юпитера так называемый пояс астероидов, пролетел вблизи двух из них – Штейнса и Лютеции – и передал на Землю информацию заодно и об этих малых планетах. Но всё же главная цель – комета. Если всё пойдёт по плану, то в мае 2014-го года состоится первое в истории человечества свидание рукотворного аппарата с ядром кометы.
Кометы – весьма загадочные объекты Солнечной системы. Несколько утрируя, можно сказать: всё, что учёные знают о них сегодня, – так это то, что они не являются предвестниками несчастий, как считалось в старину. На самом деле, кое-что астрономам всё же, конечно, известно: например, что ядра комет представляют собой относительно небольшие тела изо льда и пыли – недаром кометы шутливо называют «грязными снежками». Если комета приближается к Солнцу на расстояние, меньшее 4-х-5-ти астрономических единиц, её ядро начинает прогреваться, выделяя газы и пыль. Под действием светового давления и солнечного ветра они уносятся прочь от ядра, образуя знаменитый хвост. Кометы считаются современницами образования Солнечной системы. Берндт Фойербахер (Berndt Feuerbacher), профессор кафедры экспериментальной физики Рурского университета в Бохуме, а также директор Института космического моделирования при Немецком центре аэрокосмических исследований в Кёльне и один из главных инициаторов проекта «Розетта», поясняет:
В том газово-пылевом облаке, из которого образовалась планетная система, кометы - это, по сути дела, реликты, которым так и не удалось слиться в крупное небесное тело. В большинстве своём кометы пребывают во внешнем космическом пространстве, за орбитой Плутона, в так называемом облаке Оорта, иначе говоря - на задворках Солнечной системы. Там царит поистине лютая стужа: температура не превышает 20-ти градусов Кельвина. Это своего рода космический морозильник, в котором кометы – в отличие от планет – не претерпели практически никаких изменений за последние 4 с половиной миллиарда лет. В этом и состоит главная причина, почему мы хотим исследовать ядра комет: по сути дела, они являются посланцами из того времени, когда образовалась Солнечная система, и смогут, скорее всего, поведать немало интересного об истории возникновения нашей планеты.
Пока же относительно комет существует больше предположений, чем строго доказанных фактов. Не получили научного подтверждения и многочисленные теории, касающиеся роли комет в зарождении жизни на нашей планете. Есть гипотеза, согласно которой именно кометы, падая на поверхность Земли, доставили сюда большую часть тех запасов воды, которые сегодня образуют моря и океаны. Мало того, многие учёные полагают, что в глубине ядер комет удастся обнаружить молекулы достаточно сложных органических соединений.
В 1985-86-м годах целая международная космическая флотилия из 5-ти кораблей – двух советских, двух японских и одного, принадлежащего Европейскому космическому агентству, – провела с близкого расстояния изучение кометы Галлея во время её очередного периодического пролёта, происходящего примерно раз в 77 лет. Анализ кометных частиц показал, что они состоят в основном из 4-х химических элементов – водорода, углерода, азота и кислорода. Это укрепило учёных в их предположениях. Эксперт Института аэрономических исследований в Линдау-Катленбурге Фред Гёсман (Fred Goesmann) говорит:
Из чего состоит человек? Из органических соединений, в состав которых входят кислород, азот, углерод, водород – ну и ещё кое-что по мелочи. Если посмотреть на кометы, то бросается в глаза, что они, как это ни странно, в этом отношении очень похожи на людей. Таким образом, кометы вполне могли принести на Землю комбинацию химических элементов, необходимых для зарождения жизни.
Профессор Фойербахер вполне разделяет эту точку зрения:
Весьма вероятно, что первые порции органических молекул были доставлены на Землю кометами. И если нам удастся доказать, что ядра комет действительно содержат относительно сложные прамолекулы, то это, с моей точки зрения, будет значительным шагом вперёд в постижении процесса возникновения жизни на нашей планете.
Так ли это, станет ясно лишь через 10 лет. Паоло Ферри (Paolo Ferri), менеджер Европейского центра управления полётами в Дармштадте, ответственный за проект «Розетта», перечисляет основные этапы экспедиции:
Мы намерены не просто добраться до кометы, но и пролететь вместе с ней довольно значительный отрезок пути к Солнцу. Этот совместный полёт начнётся далеко от Солнца, там, где очень холодно и комета ещё неактивна, не имеет хвоста. Это позволит изучить ядро прежде, чем оно под действием тепла начнёт претерпевать необратимые изменения. Поскольку ракеты, способной напрямую доставить 3-тонный зонд к комете, сегодня просто не существует, мы были вынуждены выбрать траекторию полёта с таким расчётом, чтобы зонд дополнительно разогнался благодаря гравитационным полям планет. То есть «Розетте» предстоит три раза обогнуть Землю – в 2005-м, 2007-м и в 2009-м годах – и один раз – в 2007-м году – Марс, прежде чем она наберёт скорость, достаточную, чтобы вовремя прибыть на свидание с кометой Чурюмова-Герасименко. Чтобы сэкономить энергию, некоторую часть пути зонд проделает как бы в «спячке», без обмена сигналами с Центром управления полётами. Встреча с кометой должна состояться на расстоянии в 675 миллионов километров от Земли.
Малейшая ошибка в расчётах или погрешность в выполнении манёвров могут привести к тому, что «Розетта» с кометой не встретится, тем более что та перемещается в пространстве со скоростью 135 тысяч километров в час. Паоло Ферри продолжает:
Мы приблизимся к комете сзади, то есть догоним её. Затем мы включим двигатели торможения, чтобы снизить скорость нашего зонда относительно кометы с нескольких километров в секунду до нескольких сантиметров.
Вся навигация вблизи кометы будет осуществляться из Европейского центра управления полётами в Дармштадте на основе передаваемых «Розеттой» на Землю изображений. Это нелёгкая задача, тем более что радиосигналы будут приходить с задержкой: чтобы преодолеть столь гигантское расстояние, им потребуется около 50-ти минут. Между тем, точность тут необходима очень высокая – ведь диаметр ядра кометы Чурюмова-Герасименко не превышает 4-х километров. Достигнув окрестностей кометы, «Розетта» перейдёт на эллиптическую орбиту вокруг её ядра и далее будет сопровождать её в полёте в качестве искусственного спутника. Это позволит на протяжении, как минимум, трёх месяцев производить разного рода измерения и фотовидеосъёмку с близкого расстояния – от 1 до 10 километров. Камеры и спектрометры прощупают широкий диапазон частот – от ультрафиолетового до микроволнового, – одновременно будет произведён химический анализ пыли и газов, выделяемых ядром, изучено состояние окружающей плазмы и взаимодействие кометы с солнечным ветром. А затем на основе полученных данных специалисты выберут место на поверхности ядра, где мог бы успешно приземлиться – или, вернее, прикометиться, – небольшой спускаемый аппарат, получивший название «Philae». Его посадка станет одним из самых сложных этапов предстоящей миссии. Фред Гёсман поясняет:
Поверхность кометы – это серьёзная проблема. Мы не знаем, на что мы садимся. Предположения высказываются самые разные. Одни говорят, что поверхность там твёрдая как камень, другие – что она мягкая как перина. Впрочем, очень уж прочной поверхность быть не может, потому что кометы, как известно, очень легко раскалываются.
Не только консистенция, но и рельеф поверхности остаются для нас пока загадкой, – признаётся Берндт Фойербахер:
Мы знаем очень мало о том, как в действительности выглядит поверхность ядра кометы. Возможно, что она довольно плоская, с разбросанными тут и там отдельными камнями, – короче, напоминает то, что мы видели на Марсе. Но не исключён и другой вариант: что нас встретит там крайне неровный, изрытый рельеф, весь в острых выступах и впадинах.
Впрочем, характер поверхности – ещё не самое сложное препятствие. В гораздо большей степени посадку затрудняет малый размер кометы, вернее, то, что на ней практически отсутствует сила притяжения. Спускаемый аппарат, весящий на Земле около ста килограммов, на поверхности ядра кометы будет весить лишь несколько граммов. Правда, это обстоятельство снижает риск сильного удара аппарата о грунт. Есть и ещё один положительный момент – отсутствие на комете атмосферы, что делает ненужной жаропрочную термозащиту спускаемого аппарата. И всё же обеспечение надёжной посадки в условиях почти полной невесомости – задача, требующая от конструкторов и инженеров нестандартных и остроумных решений, а от программистов и операторов – поистине виртуозного мастерства. Берндт Фойербахер говорит:
Главная проблема – удержать спускаемый аппарат внизу, на поверхности. Если его опоры хотя бы чуть-чуть спружинят, он тут же подпрыгнет. А если учесть, что так называемая вторая космическая скорость – то есть минимальная скорость, позволяющая летательному аппарату преодолеть гравитационное притяжения планеты, – на комете Чурюмова-Герасименко составляет лишь несколько метров в секунду, то наш спускаемый аппарат, отскочив, скорее всего, навсегда улетит обратно в космическое пространство. Чтобы этого не произошло, конструкторы предусмотрели такое решение: во время снижения специальное устройство выпустит вверх струю газа, и отдача прижмёт аппарат к поверхности кометы. А для того, чтобы закрепиться на грунте, предусмотрена специальная гарпунная пушка, которая выстреливает, как только две из трёх ног аппарата касаются поверхности ядра. Гарпун – вернее, гарпуны, поскольку их два, – вонзаются в грунт и, словно якорь, удерживают аппарат. Остаётся надеяться, что всё сработает и что там найдётся, за что зацепиться.
Тут можно добавить, что каждая из трёх ног аппарата имеет по две автономные опоры и, кроме того, снабжена специальным винтом, который внедряется в грунт и придаёт аппарату дополнительную устойчивость. Впрочем, хоть гарпунная пушка и играет крайне важную роль при посадке, она всё же относится к вспомогательному оборудованию. Львиную долю полезного груза спускаемого аппарата составляет, конечно же, научная аппаратура. Фред Гёсман говорит:
Мы попытаемся высадить на поверхность кометы целую лабораторию. Спускаемый аппарат оборудован, в общей сложности, 10-тью приборами. Это несколько фото- и телекамер, потому что нам надо, прежде всего, осмотреться на местности. Потом мы должны выяснить, какие там присутствуют химические элементы. На борту есть также 2 комбинированных газовых хроматографа-масс-спектрометра для исследования изотопного состава вещества. Между прочим, их объём – всего полтора литра, а масса – 3 килограмма. Это поистине рекорд миниатюризации – ведь на Земле такое оборудование размерами напоминает шкаф, а весит центнер. И, наконец, мы будем искать органику.
Но, пожалуй, самое главное – это бурильное устройство. Ведь кометы сохраняют свой первозданный вид лишь до тех пор, пока держатся подальше от Солнца. И дело не только в том, что тепловая энергия светила заставляет плавиться и испаряться лёд, из которого состоит ядро кометы. Ионизирующее излучение Солнца очень быстро разлагает сложные органические молекулы, которые так интересуют учёных. Потому-то конструкторы и решили оборудовать спускаемый аппарат бурильным устройством. Его задача состоит в том, чтобы взять пробы грунта с глубины примерно в 20-30 сантиметров, что позволит получить доступ к веществу, сохранившемуся в неизменном виде на протяжении миллиардов лет. По крайней мере, учёные очень на это надеются. И если их надеждам суждено оправдаться, – а мы узнаем об этом через 10 лет, – то проект «Розетта» может действительно стать ключевым этапом в познании истории нашей Солнечной системы. А что до его стоимости – 1 миллиард евро, – то хочу напомнить, что каждый год 31-го декабря немцы пускают на ветер в виде разного рода фейерверков, салютов, шутих и прочей пиротехники сумму в 90 миллионов евро. За то время, что «Розетта» будет в пути, как раз полная стоимость проекта и наберётся. Так что дороговизна – понятие относительное.