Разведка дальнего космоса: редкие и ценные миссии
В 1977 году НАСА запустило два аппарата, предназначенных для исследования Сатурна и Юпитера. Зонды Вояджер-1 и -2 пролетели сквозь Солнечную систему, выполнили главную часть своих миссий и получил новую — Voyager Interstellar Mission (VIM), буквально Межзвездная миссия Voyager.
Космический аппарат Вояджер-2 удаляется от Солнца со скоростью 15,4 км/с. Вояджер-2 весит 722 кг и имеет габариты 3,7×2,2×13 м. Радиосигнал Вояджера-2 летит к Земле 14 часов (фигурка человека рядом с зондом позволяет оценить его размер)
В настоящее время Voyager -1 находится на расстоянии 18,5 млрд км или 123,7 астрономические единицы. Voyager -2, соответственно 15,1 млрд. км или 101 а.е. Ежегодно аппараты удаляются от Солнечной системы на 3,6 и 3,3 а.е., причем Вояджер-1 летит вовне из нашей системы на север под углом 35 градусов к плоскости эклиптики, а Вояджер-2 на — юг под углом 48 градусов.В марте 2013 года в Geophysical Research Letters появилась статья Билла Веббера из университета штата Нью-Мексико, который утверждает, что Voyager -1 уже покинул солнечную систему и движется в межзвездной среде. Однако в НАСА это сообщение опровергли.
У обоих аппаратов есть топливо и энергия для работы вплоть до 2020-2025 года. За это время Вояджер-1 удалится от Солнца на расстояние около 19 млрд. км, а Вояджер-2 16,9 млрд км. Через 7-12 лет связь с аппаратами почти наверняка прекратится, и они превратятся в мертвые груды металла. Скорее всего, до этого момента ученые смогут засечь момент перехода границы Солнечной системы с помощью датчиков частиц и магнитного поля «Вояджеров». Это даст знания о параметрах межзвездной среды, которые невозможно получить никаким другим образом.
Но даже после этого миссия VIM продолжится. На борту аппаратов находятся золотые пластинки с информацией о нашей цивилизации, так что зонды станут своеобразными «посылками», которые человечество отправило к звездам. Правда, лететь к другим звездам вояджеры будут долго. Только через 40 тыс. лет Вояджер-1 пройдет на расстоянии 1,6 световых года от звезды AC+79 3888 в созвездии Жирафа. Вояджер-2 через 29,6 тыс. лет пройдет на расстоянии 4,3 световых года от Сириуса, самой яркой звезды в нашем небе. Надо отметить, что зонды пролетят слишком далеко от звездных систем, чтобы их обнаружили. По крайней мере, для цивилизации нашего уровня развития это невыполнимая задача.
Космическая программа НАСА «Пионер» (Pioneer) была одной из самых масштабных программ по беспилотному исследованию космоса. Всего было изготовлено 9 «Пионеров» 4 различных типов, 2 из них («Пионер-10» и -11) отправились в межзвездное путешествие.
Космический аппарат «Пионер-10» удаляется от нас со скоростью более 12 км/с. Зонд весит 270 кг, имеет габариты 2,7×2,0x6,6 м, оснащен генератором мощностью 40 ватт и параболической радиоантенной диаметром 2,7 м. Радиосигнал от «Пионера-10» к Земле за 15 часов, но, к сожалению, зонд уже давно молчит
Запущенный в 1972 году, «Пионер-10» стал первым космическим аппаратом, преодолевшим пояс астероидов и первым зондом, который сфотографировал Юпитер. «Пионер-11» запустили в 1973 году, он сделал первые снимки Сатурна.
Об аппаратах «Пионер-10 и 11» теперь практически не говорят, потому что связи с зондами уже нет. «Пионер-11» перестал передавать радиосигналы еще в 1995 году, а «Пионер-10» — в 2003 году, когда закончился ресурс его радиоизотопного источника питания.
К настоящему времени умолкший «Пионер-11» должен находиться на расстоянии 12,89 млрд. км или 138,7 а.е. от Солнца. Его собрат, «Пионер-10», улетел на 16,1 млрд км или 108 а.е.
Лишившиеся электропитания «Пионеры» продолжают лететь в межзвездное пространство. Через 2 млн лет «Пионер-10» достигнет звезды Альдебаран, которая находится на расстоянии около 68 световых лет от Земли. Точный маршрут «Пионера-11» определить трудно, ведь с момента потери связи его точное местонахождение и направление полета неизвестно, специалисты НАСА лишь приблизительно рассчитали его — «Пионер-11» летит сторону созвездия Щита.
Кстати, на борту «Пионеров» находятся алюминиевые пластины весом по 120 грамм с изображением людей и координатами Солнечной системы.
В настоящее время на полпути к Плутону находится еще один дальний разведчик – зонд New Horizons.
New Horizons весит 470 кг, имеет габариты 0,7х2,1х2,7 м и мчится к Плутону со скоростью 15 км/с. Радиосигнал от зонда к Земле идет 3 часа 35 мин
Его запустили в январе 2006 года, когда Плутон еще имел статус планеты. Теперь зонд НАСА удалился от Солнца на 3,8 млрд км или 25,8 а.е., пересек орбиту Урана и достигнет Плутона в 2015 году.
New Horizons – это первый космический аппарат, который изучит границы нашей звездной системы. После того, как зонд сделает снимки Плутона, он отправится в Пояс Койпера – скопление «строительного мусора», который остался со времен рождения Солнечной системы. Кроме того, если за нами тайно шпионят инопланетяне, то прячутся они, скорее всего, именно там. Разумеется, миссия New Horizons прежде всего направлена не на поиск инопланетян, а на исследование геологии самого дальнего уголка звездной системы. По сравнению со «старичками» «Пионерами» и Вояджерами, New Horizons является настоящим шедевром технической мысли и оснащен 7 совершенными научными приборами, включая мощную фотокамеру-телескоп для фотографирования с большого расстояния.
Также зонд имеет пассивный радиометр для изучения состава и температуры атмосферы, тепловизор и разнообразные спектрометры. По количеству выдаваемой научной информации New Horizons будет стоить десятка «Пионеров».
Космический аппарат Rosetta не летит за пределы Солнечной системы и, на первый взгляд, выбивается из ряда дальних разведчиков. Тем не менее, миссия Rosetta уникальна тем, что направлена на изучение древнейших небесных тел Солнечной системы – комет и астероидов.
Rosetta весит 3000 кг, имеет габариты 2,8×2,1×32 м, движется со скоростью 8 км/с. Радиосигнал от зонда к Земле идет 43 мин.
Этот аппарат был запущен весной 2005 года и в настоящее время находится на расстоянии 774,9 млн. км или 5,1 а.е. – приблизительно на расстоянии орбиты Юпитера.
Зонд Rosetta уже изучил астероиды Стейнс, Лютеция и в данный момент пребывает в режиме гибернации (спячки) для экономии энергии. В январе 2014 года Rosetta «проснется», включит двигатель и выйдет на орбиту кометы C-G, после чего отправит спускаемый аппарат Philae на поверхность кометы. Philae должен совершить мягкую посадку с помощью специальной гарпунной системы сближения, которая буквально подтянет спускаемый аппарат к комете. После этого будут собраны данные о составе кометного вещества. Это будет финалом миссии Rosetta и началом новой страницы в изучении пояса астероидов.
Как видим, совсем немного космических аппаратов посещали дальние закоулки Солнечной системы. Изучение таких удаленных объектов, как Пояс Койпера и тем более Облако Оорта требует серьезных финансовых средств. Пока же ведущие космические агентства и частные компании сосредоточились на более близкой цели: поясе астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера. В этот регион в ближайшие десятилетия отправятся множество миссий, таких как OSIRIS-REX, а после сдачи в эксплуатацию космического комплекса с дальним кораблем Orion, НАСА отправит к астероидам и пилотируемые миссии.
К сожалению, пока на окраинах Солнечной системы побывало совсем мало зондов…
Основные средства космических программ будут направлены на масштабное освоение ближнего космоса и фундаментальные исследования, включая поиск обитаемых экзопланет.
В целом, к концу столетия ожидается настоящий космический бум, обусловленный выходом в космос многочисленных частных компаний, готовых реализовать самые амбициозные и рискованные проекты. Несмотря на мировой экономический кризис, на банковских счетах находится огромное количество корпоративных денег, которые лежат, что называется мертвым грузом. Это обеспечивает базу для самых разнообразных проектов: от организации реалити-шоу на Марсе до добычи полезных ископаемых из астероидов. Скорее всего, именно коммерческие организации первыми изучат все закоулки нашей звездной системы, а правительственные организации в это время смогут сосредоточить усилия на фундаментальных исследованиях.
Источник
Списки8 действующих космических миссий
Самые впечатляющие программы по исследованию внешних планет
Текст
Отправка аппаратов к Марсу и Венере стали обыденностью для исследователей NASA и ЕКА. СМИ всего мира, включая Look At Me, последнее время подробно освещают приключения марсоходов Curiosity и Opportunity. Однако исследования внешних планет требуют намного большего терпения от учёных. Ракеты-носители пока не имеют достаточной мощности, чтобы отправить массивные космические аппараты непосредственно к планетам-гигантам. Поэтому учёным приходится довольствоваться компактными зондами, которые должны использовать так называемые гравитационные манёвры по облёту Земли и Венеры, чтобы получить достаточный импульс для полёта к поясу астероидов и за его пределы. Преследование астероидов и комет является ещё более сложной задачей, так как у этих объектов нет достаточной массы, чтобы удержать на своей орбите быстро движущиеся космические аппараты. Проблемой также являются источники энергии, обладающие достаточной ёмкостью, чтобы питать аппарат.
Отправка аппаратов к Марсу и Венере стали обыденностью для исследователей NASA и ЕКА. СМИ всего мира, включая Look At Me, последнее время подробно освещают приключения марсоходов Curiosity и Opportunity. Однако исследования внешних планет требуют намного большего терпения от учёных. Ракеты-носители пока не имеют достаточной мощности, чтобы отправить массивные космические аппараты непосредственно к планетам-гигантам. Поэтому учёным приходится довольствоваться компактными зондами, которые должны использовать так называемые гравитационные манёвры по облёту Земли и Венеры, чтобы получить достаточный импульс для полёта к поясу астероидов и за его пределы. Преследование астероидов и комет является ещё более сложной задачей, так как у этих объектов нет достаточной массы, чтобы удержать на своей орбите быстро движущиеся космические аппараты. Проблемой также являются источники энергии, обладающие достаточной ёмкостью, чтобы питать аппарат.В общем, все эти миссии, целью которых является изучение внешних планет, очень амбициозны и поэтому заслуживают особого внимания. Look At Me рассказывает о тех, которые действуют в настоящее время.
New Horizons
(«Новые горизонты»)
Цель: изучение Плутона, его спутника Харона и пояса Койпера
Продолжительность: 2006—2026
Дальность полёта: 8,2 млрд км
Бюджет: около $650 млн
Одна из самых интересных миссий NASA нацелена на изучение Плутона и его спутника Харона. Специально для этого космическое агентство 19 января 2006 года запустило аппарат New Horizons. Автоматическая межпланетная станция в 2007 году пролетела Юпитер, сделав около него гравитационный манёвр, который позволил ускориться благодаря полю притяжения планеты. Ближайшая точка сближения аппарата с системой Плутон — Харон произойдёт 15 июля 2015 года — в этот же момент New Horizons окажется в 32 раза дальше от Земли, чем Земля от Солнца.
В 2016—2020 годах аппарат, вероятно, изучит объекты пояса Койпера — области Солнечной системы, похожей на пояс астероидов, но примерно в 20 раз шире и массивнее его. Из-за очень ограниченного запаса топлива эта часть миссии до сих пор под вопросом.
Разработка автоматической межпланетной станции New Horizons Pluto-Kuiper Belt стартовала ещё в начале 90-х, но вскоре проект оказался под угрозой закрытия из-за проблем с финансированием. Власти США отдали приоритеты миссиям к Луне и Марсу. Но из-за того что атмосфера Плутона находится под угрозой замерзания (из-за постепенного удаления от Солнца), конгресс предоставил необходимые средства.
Масса аппарата — 478 кг, включая около 80 кг топлива. Размеры — 2,2×2,7×3,2 метра
New Horizons оборудован комплексом зондирования PERSI, включающим оптические приборы для съёмки в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, анализатор космического ветра SWAP, радиоспектрометр энергичных частиц EPSSI, блок с двухметровой антенной для изучения атмосферы Плутона и «студенческий счётчик пыли» SDC для измерения концентрации пылевых частиц в поясе Койпера.
В начале июля 2013 года камера аппарата сфотографировала Плутон и его крупнейший спутник Харон с расстояния 880 млн километров. Пока фотографии нельзя назвать впечатляющими, но специалисты обещают, что 14 июля 2015 года, пролетая мимо цели на расстоянии 12500 километров, станция отснимет одно полушарие Плутона и Харона с разрешением около 1 км, а второе — с разрешением около 40 км. Также будут проведены спектральные съёмки и создана карта температур поверхности.
«Вояджер-1»
Voyager-1
Исследование Солнечной системы
и её окрестностей
«Вояджер-1» — Космический зонд NASA, запущенный 5 сентября 1977 года для изучения внешней части Солнечной системы. Вот уже 36 лет аппарат регулярно связывается с Сетью дальней космической связи NASA, удалившись на расстояние 19 млрд километров от Земли. На данный момент он является самым далёким рукотворным объектом.
Основная миссия «Вояджера-1» завершена 20 ноября 1980 года, после того как аппарат изучил систему Юпитера и систему Сатурна. Это был первый зонд, представивший подробные изображения двух планет и их спутников.
Последний год СМИ пестрили заголовками о том, что «Вояджер-1» покинул Солнечную систему. 12 сентября 2013 года NASA, наконец, официально объявило, что «Вояджер-1» пересёк гелиопаузу и вошёл в межзвёздное пространство. Как ожидается, аппарат продолжит свою миссию до 2025 года.
JUNO («Юнона»)
Цель: исследование Юпитера
Продолжительность: 2011—2017
Дальность полёта: более 1 млрд км
Бюджет: около $1,1 млрд
Автоматическая межпланетная станция НАСА Juno («Юнона») была запущена в августе 2011 года. Из-за того что ракета-носитель обладала недостаточной мощностью, чтобы вывести аппарат прямо на орбиту Юпитера, Juno пришлось сделать гравитационный манёвр вокруг Земли. То есть сначала аппарат долетел до орбиты Марса, а затем вернулся обратно к Земле, закончив её облёт лишь в середине октября этого года. Манёвр позволил аппарату набрать необходимую скорость, и в данный момент он уже находится на пути к газовому гиганту, исследовать который он начнёт 4 июля 2016 года. В первую очередь учёные надеются заполучить информацию о магнитном поле Юпитера и о его атмосфере, а также проверить гипотезу о наличии у планеты твёрдого ядра.
Как известно, Юпитер не имеет твёрдой поверхности, а под его облаками лежит слой смеси водорода и гелия толщиной около 21 тыс. км с плавным переходом от газообразной фазы к жидкой. Затем слой жидкого и металлического водорода глубиной 30—50 тыс. км. В центре него, по теории, может скрываться твёрдое ядро диаметром около 20 тыс. км
На борту Juno имеется микроволновый радиометр (MWR), фиксирующий излучения, он позволит исследовать глубокие слои атмосферы Юпитера и узнать о количестве аммиака и воды в ней. Магнитометр (FGM) и прибор для регистрации положения относительно магнитного поля планеты (ASC) — эти приборы помогут изучить магнитосферу, динамические процессы в ней, а также представить её трёхмерную структуру. Также у аппарата имеются спектрометры и прочие датчики для исследования полярных сияний на планете.
Внутреннюю структуру планируется изучить путём измерения гравитационного поля в ходе программы Gravity Science Experiment
Основная камера космического корабля JunoCam, которая позволит отснять поверхность Юпитера во время максимальных сближений с ним (на высотах 1800—4300 км от облаков) с разрешением 3—15 км на пиксель. Остальные изображения будут иметь значительно более низкое разрешение (около 232 км на пиксель).
Камера уже была успешно протестирована — она сфотографировала Землю
и Луну во время облёта аппарата. Изображения были выложены в Сеть для изучения любителями и энтузиастами. Полученные изображения также будут смонтированы вместе в ролик, который продемонстрирует вращение Луны вокруг Земли с беспрецедентной точки обзора — прямо из глубокого космоса. По словам специалистов из NASA, «это будет очень отличаться от всего, что когда-либо раньше видели обычные люди».
«Вояджер-2»
Voyager-2
Исследует внешнюю часть Солнечной системы и межзвёздного пространства
«Вояджер-2» — космический зонд, запущенный NASAА 20 августа 1977 года, который исследует внешнюю часть Солнечной системы и межзвёздного пространства в конечном итоге. Фактически аппарат был запущен до «Вояджера-1», но тот набрал скорость и в итоге обогнал его. Зонд действует в течение 36 лет, 2 месяцев и 10 дней. Космический аппарат по-прежнему получает и передаёт данные через Сети дальней космической связи.
По состоянию на конец октября 2013 года, он находится на расстоянии 15 млрд километров от Земли. Его основная миссия закончилась 31 декабря 1989 года, после того как он успешно исследовал системы Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Ожидается, что «Вояджер-2» продолжит передавать слабые радиограммы как минимум до 2025 года.
DAWN
(«Доун», «Заря» )
Цель: исследование астероида Веста и протопланеты Церера
Продолжительность: 2007—2015
Дальность полёта: 2,8 млрд км
Бюджет: более $500 млн
DAWN — автоматическая космическая станция, которая была запущена в 2007 году для изучения двух самых больших объектов в поясе астероидов — Весты и Цереры. Уже 6 лет аппарат бороздит пространства космоса очень и очень далеко от Земли — между орбитами Марса и Юпитера.
В 2009 году он провёл манёвр в гравитационном поле Марса, набрав дополнительную скорость, и уже к августу 2011 года при помощи ионных двигателей вышел на орбиту астероида Весты, где провёл 14 месяцев, сопровождая объект на его пути вокруг Солнца.
На борту DAWN установлены две чёрно-белые матрицы (1024×1024 пикселя) с двумя объективами и цветными фильтрами. Также имеется детектор нейтронов и гамма-квантов (GraND) и спектрометр видимого и инфракрасного диапазонов (VIR), анализирующий состав поверхности астероидов.
Веста — один из крупнейших астероидов в главном астероидном поясе. Среди астероидов занимает первое место по массе и второе по размеру после Паллады
Несмотря на то что аппарат имеет довольно скромное оснащение (по сравнению с вышеописанными), он отснял поверхность Весты с максимально возможным разрешением — до 23 метров на пиксель. Все эти изображения будут использованы для создания карты Весты высокого разрешения.
Одно из любопытных открытий DAWN состоит в том, что Веста имеет базальтовую кору и ядро из никеля и железа, также как Земля, Марс или Меркурий. Это значит, что в ходе формирования тела произошло разделение его неоднородного состава под влиянием гравитационных сил. То же самое происходит со всеми объектами на пути их превращения из космического камня в планету.
Dawn также подтвердил гипотезу о том, что Веста является источником метеоритов, обнаруженных на Земле и Марсе. Эти тела, по мнению учёных, образовались после древнего столкновения Весты с другим крупным космическим объектом, после чего она чуть не разлетелась на куски. Об этом событии свидетельствует глубокий след на поверхности Весты, известный как кратер Реясильвия.
В данный момент DAWN находится на пути к своему следующему пункту назначения — карликовой планете Церера, на орбите которой он окажется только в феврале 2015 года. Сначала аппарат приблизится на расстояние 5900 км от её поверхности, покрытой льдом, а в течение следующих 5-ти месяцев сократит его до 700 км.
Более подробное изучение двух данных «зародышей планет» позволит глубже понять процесс формирования Солнечной системы.
«Кассини-Гюйгенс»
отправлен в систему Сатурна
«Кассини-Гюйгенс» — космический аппарат, созданный nASA и Европейским космическим агентством, был отправлен в систему Сатурна. Стартовавший в 1997 году, аппарат дважды облетел Венеру (26 апреля 1998 г. и 24 июня 1999 г.), один раз — Землю (18 августа 1999 г.), один раз — Юпитер (30 декабря 2010 г.). Во время сближения с Юпитером Кассини проводил скоординированные наблюдения совместно с «Галилеем». В 2005 году аппарат спустил зонд «Гюйгенс» на спутник Сатурна — Титан. Высадка прошла успешно, и аппарат открыл странный новый мир метановых каналов и бассейнов. Станция Кассини при этом стала первым искусственным спутником Сатурна. Её миссия была расширена, и прогнозируется, что она закончится 15 сентября 2017 года, после 293 полных оборотов вокруг Сатурна.
Rosetta («Розетта»)
Цель: исследование кометы 67P/Чурюмова — Герасименко и нескольких астероидов
Продолжительность: 2004—2015
Дальность полёта: 600 млн км
Бюджет: $1,4 млрд
Rosetta — это космический аппарат, запущенный в марте 2004 года Европейским Космическим Агентством (ЕКА) для исследования кометы 67P/Чурюмова — Герасименко и понимания того, как выглядела Солнечная система до формирования планет.
Rosetta состоит из двух частей — зонда Rosetta Space Probe и спускаемого аппарата Philae («Фила»). За 9 лет, проведённых в космосе, он облетел Марс, затем вернулся, чтобы совершить манёвр вокруг Земли, и в сентябре 2008 года приблизился к астероиду Штейнс, сделав снимки 60 % его поверхности. Затем аппарат снова вернулся к Земле, облетел её, чтобы набрать дополнительную скорость, и в июле 2010 года «встретился» с астероидом Лютеция.
В июле 2011 года Rosetta был переведён в «спящий» режим, а его внутренний «будильник» установлен на 20 января 2014 года, на 10:00 по Гринвичу. После пробуждения Rosetta будет находиться на расстоянии 9 млн километров от своей конечной цели — кометы Чурюмова — Герасименко.
после приближения к комете аппарат должен отправить к ней спускаемый аппарат Philae
Источник