Наблюдение за изменением земного климата с Луны
Сегодня выпуск передачи «Наука и техника» посвящен вопросам космоплавания. В частности, речь пойдет об исследовании климата Венеры и планах американских ученых по использованию Луны. А начнем мы с рассказа о новом европейском космическом транспортном средстве – автономном транспортере ATV.
В 2010 году американские шаттлы в последний раз совершат полет к Международной космической станции. После этого снабжение орбитального комплекса будет осуществляться российскими ракетами «Союз». При этом капсулы «Прогресс» смогут доставлять на орбиту только самое необходимое. И вот именно тогда, по расчетам специалистов из европейского аэрокосмического агентства, наступит звездный час автономного транспортера ATV.
ATV будет доставлять на Международную космическую станцию снаряжение, воду, топливо и другие полезные грузы. Грузоподъемность европейского транспортера будет в два раза меньше грузоподъемности американских челноков. Тем не менее, на борту ATV можно будет разместить около десяти тонн полезного груза. Кроме того, снабженный мощными двигателями европейский транспортер можно будет использовать также в качестве буксира для поднятия просевшей станции на исходную орбиту. Этот маневр нам придется время от времени повторять.
Объясняет Николя Шамюси (Nicolas Chamussy) руководитель проекта по созданию космического грузовика, разработанного компанией Astrium, которая является дочерним предприятием Европейского аэрокосмического и оборонного концерна EADS. В настоящее время сотрудники компании проводят последние испытания программного обеспечения. После девяти лет работы над расчетами и компьютерными чертежами инженерам не терпится проверить летательный аппарат на деле. Говорит Хельмут Лутман (Helmut Luttmann).
В июле ATV будет доставлен на стартовую площадку в Южной Америке. Точная дата старта будет назначена Советом по реализации программы строительства Международной космической станции. Ведь помимо нашего корабля стыковки с орбитальной станции ожидают также и другие транспортные системы: российские «Союз» и «Прогресс», а также американские шаттлы. Нужно все тщательно взвесить, чтобы решить какое конкретное временное окно можно будет использовать для запуска.
Наиболее вероятным представляется старт в ноябре этого года на борту французской ракеты «Ариан-5». ATV является беспилотным космическим кораблем. Навигация будет осуществляться в автоматическом режиме при помощи лазеров и оптических сенсоров.
ATV оборудован российской стыковочной системой, которая используется капсулами «Союз» и «Прогресс». Кроме того ATV обладает 32-мя дюзами, позволяющими производить самые сложные маневры. Для того чтобы свести возможную ошибку к минимуму, скорость корабля при стыковке не должна превышать пяти - десяти сантиметров в секунду.
Разработка европейской транспортной системы обошлась Европейскому аэрокосмическому и оборонному концерну EADS в 800 миллионов евро. Европейское космическое агентство ESA уже заказало шесть транспортеров. Однако представители EADS надеются на то, что дополнительные заказы поступят из Соединенных Штатов Америки. Ведь после снятия с эксплуатации американских шаттлов европейский транспортер будет обладать наибольшей грузоподъемностью изо всех имеющихся в наличии космических транспортных систем.
Для Европы это гигантский шаг вперед в области беспилотного космоплавания. Мы в состоянии самостоятельно снабжать Международную космическую станцию всем необходимым. И поскольку последняя часть полета полностью автоматизирована, все системы должны работать с трехкратным запасом прочности. Ведь никто не хочет столкновения 20-тонного грузового космического корабля с Международной орбитальной станцией.
ATV – это самый дорогостоящий космический аппарат, когда-либо создававшийся в Европе. Однако специально для него разработанные технологии как в области управления полетом, так и в области двигателей, можно будет использовать потом для других миссий, например в ходе освоения Луны. Тем не менее, европейский космический корабль остается кораблем одноразового использования. После стыковки с Международной космической станцией ATV некоторое время пробудет на орбите. В этот период астронавты могут использовать десятиметровый транспортер в качестве склада или подсобки.
Возвращения корабля назад не предусмотрено. Поскольку транспортер довольно вместителен, в конечном итоге его можно будет использовать в качестве мусорного контейнера. Все, что больше не находит применения на Международной орбитальной станции, можно будет загрузить на борт европейского транспортера, который затем возьмет курс к Земле, чтобы в конечном итоге сгореть в земной атмосфере.
Вновь Луна оказалась в центре внимания многих земных ученых. Астрофизики планируют разместить на обратной стороне Луны обсерваторию, для наблюдения за идущим из глубин космоса инфракрасным излучением, которое невозможно вследствие помех, возникающих во время прохождения лучей через земную атмосферу, беспрепятственно наблюдать с Земли. Тем временем исследователи окружающей среды собираются использовать единственный естественный спутник Земли для мониторинга изменений климата, происходящих на планете.
36 лет назад во время миссии Апполо-15 американские астронавты установили несколько сенсоров, для измерения температуры Луны. Первоначально было запланировано установить их в глубине лунной породы для того, чтобы зарегистрировать изменения температуры, возникающие при распаде определенных радионуклидов. Однако американцам не удалось пробурить достаточно глубоких отверстий. Они смогли дойти лишь до глубины в один метр 70 сантиметров.
Поскольку приборы не помещались в пробуренные отверстия, в конце концов, астронавты просто-напросто расположили термометры на лунной поверхности. В результате эти датчики, вместо того, чтобы замерять температуру лунной породы, в течение четырех лет регистрировали температуру поверхности Луны.
Объясняет Генри Поллак (Henry Pollack) профессор геофизики в американском университете штата Мичиган, в свое время участвовавший в подготовке лунного эксперимента. Сегодня он расценивает случившуюся 35 лет назад с командой Апполо-15 незадачу как неожиданно счастливое стечение обстоятельств. Его китайский коллега Shaopeng Huang еще раз внимательно проанализировал полученные от лунных сенсоров данные и пришел к выводу, что на основе этих измерений можно сделать выводы о изменениях в тепловом излучении Земли. По словам Хуанга, Луна представляет собой идеальную платформу для мониторинга окружающей среды на Земле.
Луна поможет нам разобраться в процессе теплообмена Земли. Днем температуру повернутой к Земле стороны Луны определяет Солнце. Однако ночью температура лунной поверхности зависит от теплового излучения Земли. Поэтому я предлагаю установить на Луне сеть долговременных измерительных станций, для измерения земного излучения.
Днем Солнце нагревает Землю. Ночью, полученную таким образом энергию Земля отдает в виде инфракрасного теплового излучения. Парниковые газы – такие, например, как двуокись углерода – удерживают это излучение в земной атмосфере. Соответственно, в ходе изменения климата, вызванного повышением концентрации парниковых газов в земной атмосфере, Земля все меньше отдает тепла в космос. Следственно и Луна также получает меньше инфракрасного излучения от Земли. Геофизик Хуанг намерен использовать этот эффект для мониторинга климатических изменений на нашей планете.
Луна, как база для проведения измерений, имеет множество преимуществ по сравнению с искусственными спутниками, которые в настоящее время поставляют нам информацию о тепловом излучении, исходящем от Земли. Дело в том, что сателлиты не вечны, они рано или поздно выходят из строя. Но это еще полбеды: основная проблема заключается в том, что со временем искусственные спутники теряют высоту и переходят на более низкую орбиту, что не только сужает их поле зрения, но и требует внесения корректур в оценку полученных данных. Тем временем на Луне датчики можно установить на более длительный срок. Кроме того, датчики можно разместить в различных точках Луны, что позволит наблюдать не только за отдельными областями нашей планеты, но и за всей Землей в целом.
В настоящее время многие космические державы планируют миссии на Луну. Хуанг полагает, что лунная метеорологическая станция хорошо вписывается в общую картину. Проект обойдется в относительно скромную сумму, а необходимые приборы будут разработаны и проверены в течение ближайших двух-трех лет. Соответствующее предложение Хуанг уже внес в американское космическое агентство NASA. Параллельно ученый ведет переговоры с Китаем и Японией. Выйдет из этого что-нибудь путное - пока сказать трудно, время покажет.
С каждым годом все больше космических зондов скапливается в солнечной системе. И вероятность их встречи на бескрайних просторах вселенной растет. Особенно, если это рандеву было заранее запланировано. Так, например, в апреле этого года американский зонд New Horizons и европейская Розетта чудно провели время, совместно изучая планету Юпитер. И вот в июне американское космическое агентство NASA и европейское космическое ведомство ESA решили продолжить успешно начатое сотрудничество на Венере. Дело в том, что европейский зонд «Венера-Экспресс» уже более года находится на орбите Венеры. А в июне к нему не надолго присоединился американский зонд Messenger, который, собственно говоря, направляется к Меркурию, а Венеру посетил мимоходом, в первую очередь для того, чтобы использовать притяжение планеты для проведения маневра торможения. Говорит Эрик Финнегэн (Eric Finnegan) инженер из университета имени Джона Хопкинса в Мериленде, участвовавший в создании зонда «Мессенджер».
Необходимость этого маневра была обусловлена тем, что «Мессенджеру» нужно было снизить скорость. В результате этого рандеву курс зонда изменился, и он полетел прямо к Меркурию – самой близкой к солнцу планете нашей Солнечной системы.
Для того чтобы более экономно расходовать топливо при выполнении маневра торможения, инженеры используют законы гравитации. Зонд, пролетая на расстоянии, не превышающем трехсот километров от Венеры, использовал силу притяжения планеты, для того чтобы изменить свой курс и снизить скорость. Во время выполнения этого маневра у земных ученых появилась возможность провести наблюдения за Венерой одновременно с двух точек – с американского зонда «Мессенджер» и с европейского зонда Венера-Экспресс, который вращается вокруг Венеры по эллиптической орбите. Особенно внимание исследователей вызывает весьма неординарное поведение облаков в венерианской атмосфере, фотосъемку движения которых провели оба зонда, каждый со своей перспективы. Говорит Эд Стриклэнд (Ed Strickland) из Национального космического общества (National Space Society) в городе Остин штат Техас.
Мы не знаем, что конкретно вызывает циркуляцию облаков в атмосфере планеты. Венера вращается весьма медленно, совершая полный оборот вокруг своей оси за 243 земных дня. Тем временем верхний слой венерианских облаков, который находится на высоте 60 километров над поверхностью планеты, совершает полный оборот вокруг планеты за четыре дня. Мы хотим проанализировать этот динамический эффект на наших компьютерах.
Венера значительно крупнее Марса. Ее масса приближается к земной. Расстояние, отделяющее Венеру от Солнца в два раза меньше расстояния, разделяющего Солнце и Марс. Поверхность Венеры нагревается до 500 градусов Цельсия. Атмосфера состоит практически полностью из двуокиси углерода, при этом атмосферное давление на Венере в 100 раз больше земного. В венерианской атмосфере, закрытой от пытливых взглядов исследователей плотной завесой облаков, царит чудовищный парниковый эффект, вызванный избытком двуокиси углерода, попавшей в атмосферу, скорее всего, в результате вулканической деятельности. Подобно стеклянному колпаку углекислый газ висит над поверхностью Венеры, создавая мощный парниковый эффект. Объясняет Хокан Сведем (Hakan Svedhem) – специалист из европейского космического агентства ESA, ответственный за проведение миссии Венера-Экспресс:
На Венере мы наблюдаем самый мощный парниковый эффект во всей Солнечной системе. Мы хотим понять, какие факторы определяли климат на планете в прошлом, чтобы сделать более точные прогнозы на будущее. Кроме того, нас интересует геология Венеры, взаимодействие между атмосферой и поверхностью планеты, а также химическая и сейсмической активность на Венере.
Поскольку в отличие от Земли Венера не имеет защитного магнитного поля, солнечный ветер беспрепятственно проникает в атмосферу планеты. Как это происходит, и какое влияние солнечный ветер оказывает на климат планеты, намерены выяснить земные ученые с помощью зондов «Мессенджер» и «Венера-Экспресс».