От Земли до Сатурна. Жизнь «Кассини» и его открытия в фотографиях

Космический аппарат «Кассини», который был отправлен к Сатурну в 1997 году, использует очень мало топлива. Тем не менее в НАСА планируют его уничтожить, чтобы избежать случайного столкновения с одним из спутников Сатурна и его загрязнения, так как это может повлиять на инопланетную жизнь, если она, конечно, существует. Но прежде чем «Кассини» уничтожат, он будет продолжать летать между Сатурном и его кольцами и записывать как можно больше новых данных.

Как долго длится миссия по изучению Сатурна

Исследователи работали над проектированием, строительством, запуском и эксплуатацией миссии для изучения Сатурна последние три десятилетия.

Атомный космический корабль «Кассини» был запущен в октябре 1997 года, но на орбиту вокруг газового гиганта вышел только в июле 2004 года и с тех пор собирал данные о самой планете и ее спутниках. Но все хорошее рано или поздно заканчивается. А для космического зонда НАСА стоимостью 3,26 миллиарда долларов таким днем станет 15 сентября 2017 года.

Чем вызвана необходимость уничтожения аппарата

Во время пресс-конференции, которая состоялась в космическом агентстве США 4 апреля, исследователи объяснили, почему они хотят уничтожить свой космический корабль и как собираются выполнить план под названием Grand Finale. Чтобы уничтожить «Кассини», исследователи НАСА используют запасы топлива, которые еще на нем остались, и направят его на столкновение с Сатурном.

«Именно открытия "Кассини" стали причиной того, что ученые приняли решение об уничтожении аппарата», - сказал Эрл Мейз, инженер Jet Propulsion Laboratory НАСА, который руководит миссией.

Мейз имел в виду океан теплой соленой воды, который был обнаружен с помощью аппарата. Этот океан прячется под ледяной коркой Энцелады - большого спутника Сатурна, а его испарения отправляются в космос. Зонд НАСА пролетел через эту струю пара и льда в октябре 2015 года, проанализировал материал и косвенно изучил состав подповерхностного океана. Оказалось, что он способен поддерживать внеземную жизнь.

«Мы не можем позволить, чтобы аппарат непреднамеренно столкнулся с этим нетронутым объектом, - сказал Мейз. - «Кассини» должен оставаться на безопасном расстоянии. А так как мы хотели бы отправить его на Сатурн, единственный выбор - это самостоятельно уничтожить зонд, контролируя этот процесс». Но Мейз и исследователи из 19 стран не собираются позволить своему зонду сдаться без боя. Они планируют получить последние байты данных, которые может собрать робот, пока «Кассини» не встретит свой конец на Сатурне.

Цель работы космического аппарата

Еще задолго до того, как «Кассини» вышел на орбиту Сатурна в 2004 году, ученые миссии проводили анализ траектории его движения, чтобы аппарат мог свободно и безопасно передвигаться мимо гигантской газовой планеты, ее спутников и ледяных колец. Их цель - получить как можно больше новых изображений, гравитационных данных и показаний магнетизма, не подвергая корабль опасности и не используя слишком большого количества его ограниченного ракетного топлива.

Нехватка топлива

Но после 13 лет работы на расстоянии почти 1,45 миллиарда километров от Земли, топливный бак «Кассини» оказался практически пустым. Это значит, что миссия приближается к своему завершению, но как только топливо закончится, возможности ученых контролировать аппарат будут очень ограниченными. Об этом заявил Джим Грин, руководитель планетарной научной программы НАСА, во время пресс-конференции.

НАСА может направить «Кассини» к какой-то другой планете, возможно, к Урану или Нептуну. В 2010 году, однако, руководители миссии решили оставить его на орбите Сатурна, так как предполагали, что в этом случае миссия будет более эффективной с научной точки зрения. Но это фактически обрекает космический корабль на огненную смерть.

Как ученые планируют уничтожить аппарат

Официально миссия начнется 22 апреля 2017 года. Именно тогда аппарат в последний раз пролетит возле Титана - ледяного спутника Сатурна, который имеет более плотную атмосферу, чем наша планета, моря жидкого метана, и даже дождь.

Гравитация Титана будет действовать как рогатка для «Кассини». Аппарат пролетит над Сатурном (его атмосферой) и 26 апреля пройдет сквозь узкое пространство между планетой и внутренним краем ее колец.

Этот маневр станет «прощальным поцелуем» аппарата, поскольку ученые не собираются возвращать его обратно на орбиту планеты.

Последние данные

Пространство между Сатурном и его кольцами составляет чуть меньше 2 тысяч километров в ширину. «Как только аппарат подойдет так близко к планете, он обеспечит ученым лучший вид на ее полюса, чем когда-либо прежде», - утверждает Линда Спилкер, ученый проекта «Кассини» и планетарный ученый НАСА. Можно будет увидеть гигантские ураганы на северном и южном полюсах Сатурна.

Во время своего финального полета над Сатурном «Кассини» сможет очень близко подобраться к северному полюсу планеты, который до сих пор остается плохо изученным. Этот полюс имеет шестигранную форму, и возможно, приблизившись к нему, ученые смогут понять, что способствует таким его четким параметрам.

«Кассини» также сделает фото сияния полюсов Сатурна, сможет определить, из какого материала состоят массивные кольца планеты, и даже изучить, что прячется под его облаками.

Чувствительные магнитные и гравитационные измерения, которые «Кассини» не мог сделать ранее из орбиты планеты, помогут ответить на вопросы о внутренней структуре Сатурна, в том числе, насколько большим является его скалистое ядро, а также как быстро вокруг него вращается оболочка металлического водорода.

«Как быстро вращается Сатурн? - вопрошает Спилкер. - Если наклон к магнитному полю небольшой, это поможет нам вычислить длину его дня». За несколько часов до своего финального погружения 15 сентября 2017 года аппарат отправит на Землю последнюю партию изображений и затем будет готов к уничтожению.

Прощание с «Кассини»

«Кассини» является 2,78-тонным роботом, оснащенным тонкими инструментами, которые не предназначены для того, чтобы пробираться сквозь ледяной материал колец Сатурна со скоростью больше 112 тысяч километров в час. Кроме того, он не был сконструирован для того, чтобы окунуться в атмосферу газового гиганта и продолжать работать, отправляя ученым данные.

Тем не менее ученые, которые руководят миссией, говорят, что они собираются сделать все возможное, чтобы защитить инструменты от повреждений и сохранить данные до последнего момента работы аппарата. В первую очередь, они собираются сделать это с помощью основной конусообразной антенны, используя ее как щит для камеры и других важных частей аппарата. Но даже если аппарат потеряет связь с Землей, он все равно будет падать там, где и планировали ученые. Единственное отличие в том, что они не смогут получить новых данных, как сейчас планируют.

Большой финал

Когда «Кассини» начнет свое финальное движение, он будет использовать последний пропеллент, чтобы бороться с атмосферным сопротивлением и удерживать антенну, направленную на Землю. В течение этого времени он будет изучать атмосферу Сатурна, транслируя показания состава газов в реальном времени на Землю. Но измерения будут длиться совсем не долго. Аппарат начнет распадаться, испаряться и в конце станет частью планеты, ради исследования которой он покинул Землю 20 лет назад. Хотя члены команды «Кассини» говорят, что они с нетерпением ждут Grand Finale, но все же не могут не испытывать сожаления.

«Нам действительно будет трудно попрощаться с этим небольшим космическим кораблем, который смог сделать так много для науки, - сказала Спилкер. - Мы были вместе долгое время».

Пятнадцатого сентября 2017 года, около 14:55 по московскому времени, завершил свою многолетнюю миссию «Кассини», космический аппарат, составивший самую детальную на сегодняшний день картину Сатурна. Теперь благодаря «Кассини» мы знаем о новых мирах-лунах, где могла возникнуть жизнь, об устройстве огромных и удивительных колец, а также о колоссальных штормах, существующих на газовом гиганте. Аппарат собрал огромный объем данных о единственном спутнике в Солнечной системе, обладающем собственной атмосферой, - Титане. В память об одной из самых сложных, дорогостоящих и успешных межпланетных миссий мы предлагаем вспомнить ее главные результаты.

Двадцать лет назад

Разработка миссии «Кассини-Гюйгенс» началась в 1982 году объединенной рабочей группой Национальной академии наук США и Европейского научного фонда. В создании аппарата участвовало 19 стран и три космических агентства (NASA, ESA и Итальянское космическое агентство). К тому моменту окольцованную планету уже посетили три аппарата - «Пионер-11» (1979), «Вояджер-1» (1980) и «Вояджер-2» (1981). Одним из главных открытий предыдущих миссий стало то, что крупнейший спутник Сатурна, Титан, обладает чрезвычайно плотной атмосферой, которая не позволяет напрямую исследовать его поверхность. Кроме того, стало понятно, что полюса магнитного поля планеты удивительно точно совпадают с географическими - эта необычная находка сильно осложнила, казалось бы, простую задачу: выяснить продолжительность суток на Сатурне.

Новая объединенная миссия должна была подробнее рассказать об особенностях системы Сатурна. Изначально она должна была продлиться около трех лет, а основное внимание ученых было обращено на атмосферу Титана и Сатурна, магнитосферу газового гиганта, геологию его спутников и анализ состава системы колец.

Пятнадцатого октября 1997 года аппарат стартовал с мыса Канаверал. Путешествие к Сатурну продлилось больше шести лет - «Кассини» сделал гравитационные маневры вблизи Венеры (дважды), Земли и Юпитера и лишь летом 2004 года достиг цели. Последующие открытия стали поводом к тому, чтобы трижды продлевать миссию: сначала на два года в связи с сатурнианским равноденствием, затем еще на шесть лет во время смены сезонов и, в конце концов, на «Большой финал» (Grand Finale) - заключительный четырехмесячный этап.

Посадка на Титан

Одним из самых впечатляющих результатов миссии стала посадка спускаемого зонда «Гюйгенс» на Титан 14 января 2005 года. Это уникальный спутник, обладающий плотной атмосферой (в полтора раза плотнее земной), единственный подобный объект во всей Солнечной системе. При разработке зонда исследователи учитывали ряд теорий о том, что Титан может быть покрыт метановым океаном, «Гюйгенс» был готов как к приводнению, так и к посадке на твердую почву. Как оказалось впоследствии, на Титане и правда есть резервуары с жидкостью - аммиачно-метановые моря, но они занимают сравнительно небольшую часть спутника.

«Гюйгенс» не только изучил состав атмосферы (вблизи поверхности доля метана доходит до пяти процентов, в остальном она состоит из азота), но и измерил скорость ветров вблизи поверхности спутника - она оказалась порядка нескольких метров в секунду, что сопоставимо с несильными земными ветрами. Также зонд передал снимки с поверхности Титана и даже записал звуки , окружавшие его при спуске. Последующий совместный анализ данных с «Гюйгенса» и «Кассини» позволил предположить, что под поверхностью спутника находится огромный водный океан.

Ученые также показали, что на Титане есть свой аналог круговорота воды в природе, только роль воды в нем играет метан. Точно так же как на Земле бывают водные дожди, на Титане периодически происходят метановые дожди, а рельеф и форма камней на поверхности спутника указывают на существование потоков жидкости.

Деятельность «Гюйгенса» на Титане на сегодня является примером единственной успешной посадки во внешней Солнечной системе.

Облака над Сатурном издалека похожи на мазки космической кистью - это эффект взаимодействия жидких составляющих в атмосфере планеты

Гейзеры Энцелада

В 2005 году по фотографиям и другим данным, собранным «Кассини», стало понятно, что как минимум одна из лун Сатурна геологически активна. Ранее считалось, что это невозможно, поскольку спутники остыли и располагаются слишком далеко от Солнца, однако над южным полюсом Энцелада аппарат «увидел» явные следы гейзеров - 250-километровые шлейфы воды, бьющие из под поверхности. Их источниками оказались длинные разломы на ледяной поверхности спутника - так называемые «тигровые полосы».

В последующие годы изучению этих шлейфов была посвящена значительная часть усилий миссии. Сначала исследователи доказали, что их источник - это не изолированный резервуар, наподобие подледного озера, а глобальный океан, покрывающий весь спутник. Его глубина оценивается в 45 километров, толщина льда над ним колеблется от двух до двадцати километров.

Почти два года назад аппарат совершил опасный маневр, пролетев сквозь водные шлейфы на высоте всего 49 километров над поверхностью спутника. Его масс-спектрометры зафиксировали большое количество водорода в выбросах, а также метан и углекислый газ. Их концентрации, как и сам факт наличия, указывают на то, что на дне океана идут гидротермальные процессы, которые вполне могут обеспечить энергией живые организмы. Сегодня Энцелад считается одним из самых перспективных мест Солнечной системы для зарождения внеземной жизни.

Сатурн во время солнцестояния

Рождение колец

Кольца - пожалуй, самая узнаваемая деталь Сатурна. Это растянувшаяся на сотни тысяч километров система из пылевых колец, толщина которой местами составляет лишь десятки метров. До сих пор неизвестен ни возраст колец, ни их точное происхождение. Астрономы рассматривают эту систему как прообраз молодой Солнечной системы, в которой только начинали формироваться планеты.

«Кассини» показал необыкновенную сложность и изменчивость этой системы. Так, многочисленные луны Сатурна вызывают своей гравитацией различные завихрения в кольцах, как это происходит в F-кольце под действием Пандоры и Прометея. Некоторые из колец по-прежнему формируются, как, например, E-кольцо, материал которого выбрасывают гейзеры Энцелада.

Благодаря «Кассини» был открыт новый объект в этой системе - кольцо Януса-Эпиметея, образованное из пыли и частиц породы, выброшенной в столкновениях Януса и Эпиметея с различными небесными телами. Также снимки с аппарата позволили обнаружить удивительные структуры на границе B-кольца - своеобразные «горы», поднимающиеся над плоскостью колец на 2,5 километра.

Кроме того аппарат открыл, по меньшей мере, восемь новых спутников Сатурна, изучая кольца. Среди них Полидевк, Паллена, Мефона, Анфа, Эгеон и Дафнис. Диаметр этих небесных тел не превышает нескольких километров.

Сезоны Сатурна

Одно из главных достоинств «Кассини» - большая длительность миссии. За 13 лет пребывания неподалеку от Сатурна аппарат увидел несколько смен сезонов планеты - от зимы до лета в северном полушарии (сатурнианский год длится почти 30 земных лет). Несмотря на то, что гигант находится в десять раз дальше от Солнца, чем Земля, изменения в освещенности все равно приводят к значительным изменениям в атмосфере газового гиганта. Например, гигантский гексагон, шторм правильной шестиугольной формы, который бушует на северном полюсе, сменил за время миссии свой цвет с синего на золотистый. Ученые связывают это с химическими превращениями, происходящими в атмосфере под действием увеличивающегося количества солнечного света в связи с наступлением лета.

Северный полюс Сатурна в лучах Солнца. Гигантский шестиугольник над полюсом - шторм

С сезонами связано еще одно явление на газовом гиганте - образование «спиц» в кольцах Сатурна. Это продолговатые клиновидные объекты, вращающиеся вместе с кольцами, но располагающиеся на некоторой высоте над ними. «Спицы» были обнаружены еще «Вояджерами», но благодаря «Кассини» стало понятно, что это, по всей видимости, периодическое явление, которое наблюдается в конце сатурнианской зимы.

Через год после сатурнианского равноденствия, с приходом весны в северное полушарие гиганта, исследователи обнаружили на снимках «Кассини» огромный шторм. Его площадь в восемь раз превосходила площадь поверхности Земли. Согласно показаниям приборов, в шторме вспыхивало до десяти молний в секунду. Его движущей силой также оказалось изменяющееся освещение.

Магнитное поле

Одна из задач, стоявших перед «Кассини», оказалась ему все же «не по зубам». По суточным изменениям в магнитном поле Сатурна аппарату предстояло выяснить, какова истинная продолжительность суток на планете. Обычно такие колебания наблюдаются, когда магнитное поле немного отклонено от оси вращения планеты. Но в случае Сатурна отклонение между магнитным полем и полюсами оказалось меньше 0,06 градуса.

Прямые попытки измерить скорость вращения по колебаниям магнитного поля дали довольно большой разброс - от 10,6 до 10,8 часа, в зависимости от сезона измерений и полушария, над которым находился аппарат. Ряд дополнительных измерений запланирован на «Большой финал» миссии.

И, конечно, нельзя не упомянуть сотни тысяч снимков , сделанных «Кассини» (часть из них мы уже публиковали ранее - и ), и гигабайты переданных научных данных, еще ожидающих обработки. В последнем акте миссии аппарат сделал ряд опасных измерений, недоступных ранее. В тесных (всего несколько тысяч километров над облаками) сближениях минувших четырех месяцев зонд детально исследовал гравитационное и магнитное поля Сатурна, собрал информацию о материале, из которого состоят внутренние кольца. До потери сигнала «Кассини» продолжал передавать в режиме реального времени информацию с масс-спектрометра, позволяющего определить, какие вещества окружают аппарат. На их анализ уйдет еще немало времени, и вполне возможно, что его результаты принесут новые открытия - например, наконец разрешится загадка возраста колец Сатурна. Нам же остается ждать новых публикаций от команды миссии и надеяться на скорое продолжение исследований в системе окольцованной планеты.

Владимир Королёв

Вид на кольца Сатурна C и B изнутри

Москва. 15 сентября. сайт - В пятницу в 14:54 по московскому времени завершилась почти 20-летняя миссия космического зонда "Кассини". После нескольких завершающих облетов межпланетную станцию направили в атмосферу Сатурна, в плотных слоях которого она сгорела.

Зонд передавал данные об атмосфере второй по размеру планеты Солнечной системы до самого своего конца. Собранной информации хватит на многие годы исследований: аппарат за свою жизнь передал на Землю 453 048 фотографий, это 635 Гб научных данных. Все новые снимки, сделанные "Кассини", представлены на специальной странице сайта NASA. Общая стоимость проекта составила $3,9 млрд.

У показавшей завидное долголетие и выносливость станции "Кассини" солидный послужной список: 293 оборота вокруг Сатурна, из них 162 прохода возле его спутников, 7 открытых новых спутников планеты: Мефона, Полидевк, Паллена, Дафнис, Анфа, Эгеон и S/2009 S 1. Зонд обнаружил океан на шестом по размеру спутнике Сатурна -Энцеладе, а также океан, три моря и сотни малых озер на Титане.

Зонд был назван в честь итальянского астронома и инженера Джованно Кассини. Его миссия началась 15 октября 1997 года с запуска ракеты TitanIVB/Centaur. Она несла аппарат НАСА "Кассини" и прикрепленный к нему зонд Европейского космического агентства Гюйгенс, предназначенный для изучения Титана - крупнейшего спутника Сатурна.

В 2004 году "Кассини" долетел до газового гиганта и разделился с Гюйгенсом - тот направился в сторону Титана. Миссия Гюйгенса продлилась до 14 января 2005 года и завершилась через час после посадки на Титан, однако и он за это сравнительно небольшое время сделал немало открытий.

В задачи "Кассини" входило изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна.

9 октября 2008 года "Кассини" заставили сделать самый опасный маневр - пролететь на скорости в 17,7 км/с в 25 км от Энцелада. Это было необходимо для того, чтобы сделать анализ состава водяного пара его гейзеров.

За все время миссии зонд совершил 23 пролета Энцелада. В десяти из них аппарат приближался на расстояние меньше 100 км. Он установил, что подповерхностный океан спутника малопригоден для земных форм жизни, однако в выделениях гейзеров обнаружил химические элементы, которые могут свидетельствовать об образовании под поверхностью спутника органических веществ.

Миссия зонда неоднократно продлевалась - сначала после завершения основной миссии в 2008 году, и еще раз - в 2010 году. Однако ресурс аппарата все-таки подошел к концу, на нем почти закончились запасы топлива. 4 апреля 2017 года было объявлено о завершении миссии 15 сентября 2017 года.

Ученые посчитали, что в случае падения аппарата на Энцелад на спутник могут попасть земные бактерии. Поэтому было принято решение направить "Кассини" к Сатурну.

Финальная миссия зонда получила название Grand Finale ("Большой финал"). Она представляет собой управляемое падение в атмосферу планеты после нескольких завершающих облетов. За это время станция шла по спиралеобразной траектории и сделала 22 "нырка" в 2000-километровом пространстве между поверхностью планеты и ее кольцами.

Свои последние снимки зонд сделал за несколько часов до вхождения в атмосферу. При сближении с планетой развернутая в сторону Земли антенна станции передавала собранные спектрометрами данные об атмосфере Сатурна. В результате финальной миссии ученым достанется большое количество информации о самой планете и системе ее колец.

Вихрь в северном полушарии Сатурна напоминает красивейшую красную розу гигантских размеров, окруженную зеленой листвой. Фотографию сделал космический аппарат Кассини, НАСА. Максимальная скорость достигла ошеломляющих 150 метров в секунду, а диаметр торнадо составила 2000 километров. Снимок сделан на расстоянии примерно 419 000 км от Сатурна. (NASA / JPL-Caltech / SSI)

Сатурн во время равноденствия. Свет солнца, отражаемый планетой, попадает на спутники, освещая их. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Тени кольцевой линии далекого Сатурна, обеспечивают изысканный фон для блестящей, белой сферы Энцелада. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Сатурна Прометей (диаметр 86 километров) периодически создает стримерные каналы. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Крупнейший спутник Сатурна и второй по величине спутник - Титан и Рея, находятся друг напротив друга. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Фотография малого спутника Сатурна - Елены, была сделана 3 марта 2010 года. Диаметр Елены составляет 33 километра. (NASA / JPL / Space Science Institute)

На снимке видна поверхность Дионы, фотография спутника сделана 12 октября 2005 года, на расстоянии примерно 23 029 км. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Вертикальная структура главных колец Сатурна. Космический аппарат Кассини, НАСА запечатлел кольца в июле 2009 года. На этом изображении, узкий угол обзора камеры Кассини захватил 1200 -километровый участок внешнего края кольца. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Кассини сфотографировал спутник Сатурна Мимас. На снимке виден кратер Гершель, ширина которого, по правой стороне, составляет 130 км. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Этот необычный лабиринт из линий, запечатленный Кассини, на самом деле является фотографией газового гиганта Сатурна, его колец и небольшого ледяного спутника Мимаса. Кольца отбрасывают темные тени на северное полушарие Сатурна, создавая эффект фотонегатива. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Горные пики экваториального хребта Япета. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Темная и светлая поверхность в северном полушарии Япета (1468 километров в поперечнике). (NASA / JPL / Space Science Institute)

Космический аппарат Кассини сфотографировал спутник Диона, на переднем плане видно южное полушарие спутника Сатурна Реи. (NASA / JPL / Space Science Institute)

На снимке изображен Калипсо (21 километр в поперечнике). Это один из двух спутников Тетиса. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Менее чем за 20 минут после подхода Кассини к Титану, 31 марта 2005 года, камеры запечатлели этот вид Сатурна через верхние слои атмосферы Титана. Северную часть диска Сатурна можно увидеть в левом верхнем углу; темные горизонтальные линии являются тенями от колец Сатурна. Снимок был сделан на расстоянии 7980 километров от Титана. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Это изображение показывает первую вспышку солнечного света, отраженного от озера на спутнике Сатурна Титане. Блеск от зеркальной поверхности известен как зеркальное отражение. Блеск был обнаружен инфракрасным спектрометром, размещенном на космическом аппарате Кассини, 8 июля 2009 года. Это подтвердило наличие жидкости в северном полушарии спутника, где озер гораздо больше, чем в южном полушарии. Ученые предполагают, что озера наполнены жидким этаном и метаном. (NASA / JPL / Университет Аризоны / DLR)

Титан светится на закате. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Загадочный шестиугольник на северном полюсе Сатурна. (NASA / JPL / Space Science Institute)

5 октября 2008 года, Кассини сфотографировал эту потрясающую мозаику Энцелада. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Космический аппарат Кассини, успешно завершил свою миссию 1 октября 2011, облетев спутник Сатурна Энцеладу и запечатлев струи водяного пара и льда. Во время своего наибольшего сближения, космический аппарат пролетел в 100 километрах от поверхности спутника. Такое сближение было необходимо для того, что бы космический аппарат смог захватить газ, извергаемый спутником для дальнейшего изучения. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Фотография сделана 31 октября 2008, во время облета спутника Сатурна Энцелада, на расстоянии примерно 1691 километров. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутники Атлас и Пан видны со стороны Сатурна. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Космический аппарат Кассини, пролетел мимо Эпиметея, (116 километров) в декабре 2007 года, сделав детальные изображение южного полюса спутника. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Сатурна Мимас выглядывает из-за большего спутника Дионы. Фотография сделана космическим аппаратом Кассини 12 декабря 2011. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Вихрь на северном полюсе Сатурна, виден в инфракрасном диапазоне. Глаз огромного циклона составляет около 2000 километров в ширину. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Поверхность спутника Сатурна Дионы, фотография сделана 11 октября 2005 года. Космический аппарат Кассини смог запечатлеть нереальный ландшафт спутника. На снимке видны кратеры и холмы, расположенные на поверхности. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Прометей создает сложный узор в кольце F. Фотография сделана в августе 2009. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Всплеск яркости, виден на кольцах Сатурна. Он появляется, когда солнце находится непосредственно позади корабля, создавая красочный ореол света. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Мимас (397 километров в поперечнике) виднеется на расстоянии примерно 191 000 километров. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Девять лет назад, 14 января 2005 года , спускаемый аппарат «Гюйгенс», отделившись от межпланетной космической станции «Кассини», произвел посадку на поверхность Титана – самого крупного из спутников Сатурна. До полного разряда бортовых батарей шла активная исследовательская работа, начавшаяся еще во время парашютного спуска «Гюйгенса» и далее на планете, словом, полный успех миссии, продлившейся почти 8 лет!

Экспедиция являлась совместным проектом американского NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Итальянского космического агентства. Каждое из агентств формировало обширную научно-техническую кооперацию для разработки и создания космических аппаратов и их бортовых систем. Проект «затянул» на $3,3 млрд.

Станция «Кассини» в сборе с отделяемым аппаратом «Гюйгенс» и при полной заправке всеми видами топлива имела массу около 6 т. Ее продольный размер достигал 10 м. Электропитание аппаратуры обеспечивали плутониевые термоэлектрические генераторы, само наличие которых на борту космического аппарата вызвало в свое время много протестов «зеленых» в США и Европе.

Сегодня самое время вспомнить этапы этого впечатляющего проекта и те удивительные открытия, которым мы обязаны, в первую очередь, создателям бортового комплекса автоматического управления «Кассини-Гюйгенс», продемонстрировавшего филигранную технику пилотирования на удалении более светового часа от Земли.

Дела и люди. Осуществление столь масштабного проекта, где помимо множества технических проблем необходимо было решать уйму сложнейших организационных вопросов, было бы невозможно без участия талантливых организаторов, принявших на себя колоссальную ответственность. Ими стали:

Руководитель проекта «Кассини» Роберт Митчел из Лаборатории реактивного движения NASA.

Научный руководитель проекта «Кассини» от NASA Деннис Мэтсон .

Руководил проектом «Гюйгенс» Жан-Пьер Лебретон из Европейского космического агентства.

Хотелось бы отметить еще одного ключевого участника программы. Доктор Кэролин Порко , руководитель группы разработчиков Института космической науки в Боулдере (США), отвечавшей за создание комплекса фотоаппаратуры.

Благодаря характеристикам аппаратуры (объект размером в 2,4 см камеры различают на удалении до 4 км), мы получили возможность, буквально, оказаться рядом с Сатурном. Как выразилась однажды сама Кэролин Порко: «Мы – глаза «Кассини»… Свойства нашей аппаратуры позволяют передать ощущение приключения. Эффект присутствия оказался выше всякого ожидания. Все это дает мне возможность почувствовать себя немного Стивеном Спилбергом».

«Туда и обратно»: Земля-Венера-Земля и далее... Комплекс «Кассини-Гюйгенс» был выведен на орбиту вокруг Земли 15 октября 1997 года ракетой-носителем Титан-IVВ, которая явилась последней в истории этих носителей. Отказ от дальнейшего применения ракет этого типа в немалой степени объяснялся высокой токсичностью использкемого топлива (гидразин-гептил) и чрезвычайной дороговизной ($400 млн. без стоимости полезного груза). После доразгона, космическая станция отправилась… нет, не к Сатурну, а совершенно в другую сторону – к Солнцу.


26 апреля 1998 года «Кассини», приблизилась к Венере на расстояние, позволяющее совершить ускоряющий гравитационный маневр в ее поле тяготения, и этот маневр успешно выполнила. Повторно такой же «трюк» вблизи Венеры станция совершила 24 июня 1999 года, после чего, приобретя необходимую скорость и «сэкономив» условные 68 тонн топлива, отправилась обратно к Земле.

Вблизи Земли 18 августа 1999 года «Кассини» выполнила еще один гравитационный маневр, после чего взяла курс на Юпитер, к торому станция приблизилась в середине 2000 года. Выполнив в поле тяготения «Джупа» еще один ускоряющий маневр, «Кассини» пошла в расчетную точку встречи с Сатурном. Основная часть бортовой аппаратуры была отключена, станция «уснула». Красоту решений межпланетных навигаторов и колоссальную вычислительную работу ими проделанную, трудно оценить неспециалистам, однако дело обстоит именно так – оказалась блестяще, «с отличием», решена труднейшая баллистическая задача. Браво!

Сатурн на расстоянии вытянутой руки. В январе 2004 года началось «пробуждение» бортовых систем станции. Так получилось, что первым встречным на пути к Сатурну оказалась Феба – небольшая сатурнианская «луна», диаметром около 200 километров. 11 июня «Кассини» прошла на расстоянии всего 2068 км от Фебы.
Дальнейшие операции по сближению с Сатурном, управление пролетом сквозь зазоры между кольцами и торможением выполнял самостоятельно бортовой компьютер «Кассини». Радиоуправление в реальном времени было невозможно – станция находилась на удалении почти 1,5 световых часа от Земли.

А сделать надо было мно чего: правильно сориентировать станцию, включить на 38 секунд главные тормозные двигатели с тем, чтобы «прицелить» траекторию подхода точно в зазор между кольцами F и G Сатурна (на фото внизу), снова развернуть станцию таким образом, чтобы конструктив остронаправленной антенны стал своеобразным «щитом», защищающим станцию от твердых частиц, находящихся в зоне колец (как «барабанила» космическая пыль по корпусу можно было услышать своими ушами – эти звуки фиксировались микрофоном и передавались на Землю).


После прохождения плоскости колец, нужно было вновь сориентировать сопло торможного двигателя станции для второго этапа торможения, длившегося 97 минут, обеспечившего выход «Кассини» на орбиту вокруг Сатурна с минимальным удалением 20 тыс. км от его внешнего слоя облаков. Затем вновь рассчитать ориентацию станции и совершить второй «нырок» между кольцами, выстраивая траекторию, с которой может быть осуществлен сброс «Гюйгенса» на Титан. И это все полностью в автоматическом режиме.
Во время этого полета «Кассини» делала и один за другим слала на Землю потрясающие снимки сатурнианских колец, структуру которых лишь сейчас стало возможно рассмотреть в деталях.


К Титану! 2 июля 2004 года, через 30 часов после «прибытия» к Сатурну, «Кассини» первый раз приблизилась к Титану на расстояние 339 тыс. км. Первые инфракрасные спектры атмосферы выявили наличие целого «букета» органики – метан, этан, диацетилен, бензол, синильная кислота, пропан… 26 октября состоялось второе сближение с Титаном, до которого теперь оставалось всего 1200 километров. 25 декабря 2004 года была выполнена расстыковка станции «Кассини» и спускаемого аппарата «Гюйгенс», который отправился в самостоятельный полет в заранее рассчитанную точку встречи с Титаном.


Титан. 14 января 2005 года руководители и ведущие специалисты программы «Кассини-Гюйцгенс» собрались в Дармштадте (Германия) в Европейском центре космических операций (ESOC). В этот день, согласно расчетам, спускаемый аппарат войет в атмосферу Титана, после чего должна будет запуститься сложная программа управления торможением и парашютным спуском с одновременным фотографированием и измерением параметров окружающей среды. Первые сигналы с борта «Гюйгенса», принятые радиотелескопом Грин-Бэнк в Западной Вирджинии (США), свидетельствовали о том, что спускаемый аппарат цел и снижается на парашюте. На специально созванной прессконференции генеральный директор ESA Жан-Жак Дорден торжественно объявил: «Мы – первые посетители Титана!» Всеобщие овации, поздравления…


Тем временем «Гюйгенс» шел на посадку. Он влетел в атмосферу Титана на скорости 6,1 км/с, его тепловой экран нагрелся до 3500⁰С. На высоте 170-190 км и скорости 400 м/с раскрывается первый тормозной парашют, через 2,5 секунды – второй, основной. Через 42 секунды включается весь комплекс научной аппаратуры зонда и начинается фотосъемка. На высоте 700 м загорается посадочная фара… Посадка оказалась не слишком мягкой (скорость составила примерно 4,5 м/с), но аппаратура выдержала.

«Кассини» принимала и ретранслировала на Землю сигналы «Гюйгенса» в течение 147 мин 13 секунд на участке спуска и 72 минуты 13 секунд – с поверхности. На Земле сигналы зонда удалось принимать 17 радиотелескопам по всему миру. По их данным, через 3 часа 10 мин. после посадки передатчик «Гюйгенса» еще работал.


В восемь вечера журналистам были представлены первые три снимка, присланные с борта «Гюйгенса» - вид на район посадки с высоты 16 км; красивая боковая панорама с высоты около 8 км, горы, метановое море, прибрежный туман… и фотография непосредственно с поверхности Титана. Удивительный мир, погруженный в оранжевые сумерки и скованный 179-градусным морозом…