Сегодняшняя статья продолжает цикл публикаций «Забытые миссии». И поговорим мы в ней об увлекательном путешествии автоматической межпланетной станции NASA «New Horizons» в пояс Койпера.
Все вы, наверное, слышали, друзья мои, о недавнем успехе миссии «OSIRIS-REx», в ходе которой на Землю был доставлен уникальный космический груз – образцы грунта с астероида Бенну. Однако, наверняка мало кто знает, что «OSIRIS-REx» – это третья по счёту миссия обширной программы NASA «New Frontiers» – «Новые Рубежи», созданной NASA для исследований малоизученных удалённых районов Солнечной системы.
Миссия АМС «New Horizons» – это самый первый этап вышеупомянутой программы. Решение NASA о победе проекта «New Horizons» в концептуальном конкурсе исследовательских космических миссий было объявлено в ноябре 2001 года. И в 2002 году были начаты практические работы по реализации этого проекта.
Основными целями миссии стали изучение геоморфологии Плутона и его спутника Харона, изучение состава их поверхностных слоёв, исследование атмосферы Плутона, картографирование доступных для наблюдения и съёмки участков их поверхности, изучение ионосферы Плутона и её взаимодействия с солнечным ветром, поиск в атмосфере планеты одноатомного водорода, дейтерия, цианидов и углеводородов, поиск доказательств существования атмосферы у Харона, определение альбедо Плутона и Харона и составление их температурных карт. При этом рассматривалась возможность продолжения работы миссии «New Horizons» для исследования и других объектов пояса Койпера.
Непосредственно строительство станции было начато в 2004 году Лабораторией прикладной физики (APL) Университета Джона Хопкинса и завершено в 2005 году. Это очень короткие сроки создания аппарата для столь сложной и ответственной миссии!
19 декабря 2006 года со стартового комплекса SLC-41 базы Космических сил США на мысе Канаверал состоялся успешный старт миссии «New Horizons».
Герой нашего сегодняшнего рассказа отправился в своё удивительное путешествие.
Мысли по отправке миссии к Плутону возникали у специалистов NASA ещё в начале девяностых годов, когда первооткрыватель Плутона Клайд Комбо ещё был жив, а Плутон считался девятой планетой Солнечной системы. И в 1992 году Клайд Томбо, которому на тот момент было 86 лет, получил очень неожиданное письмо от Лаборатории реактивного движения NASA, в котором учёному сделали довольно странное предложение: после его ухода из жизни отправить часть его праха к Плутону.
Ученый дал на это согласие. И ушёл из жизни в 1997 году. А в 2006 году часть его праха, как и обещало НАСА, в специальной капсуле была отправлена в далёкое путешествие к Плутону. Кроме этой капсулы на борту также находились два флага США, две памятные 25-центовые монеты штатов Мэриленд и Флорида, посвящённая Плутону почтовая марка США, фрагмент первого в истории частного пилотируемого космического аппарата «SpaceShipOne» и два компакт-диска, на одном из которых были указаны имена 434 738 жителей планеты Земля, принявших участие в акции NASA «Отправьте своё имя на Плутон», а на втором фотографии самой станции перед полётом и фотографии конструкторов и учёных, принявших участие в её создании. Кстати, всего в разработке проекта и создании станции участвовало 2500 специалистов! Неужели столько фотографий можно было разместить на компакт-диске в 2006 году?
Сразу после старта АМС «New Horizons» начала устанавливать новые рекорды в истории космонавтики. В результате работы двух первых ступеней и разгонного блока «Star 48B» скорость удаления станции от Земли составила 16,207 км/сек! И это был рекорд! При этом запуск был произведён с фантастической точностью, отклонение по скорости составило всего 18 м/сек, при допустимой расчётной ошибке в 100 м/сек! Это позволило АМС сэкономить топливо и впоследствии существенно продлить продолжительность миссии.
Справедливости ради стоит отметить, что незначительная коррекция траектории всё же была произведена. И скорость аппарата изменилась на 18 м/сек.
7 апреля 2006 года АМС «New Horizons» пересекла орбиту Марса, а 28 февраля 2007 года произвела гравитационный манёвр у Юпитера, увеличив свою скорость на 3,89 км/с. Угол наклона её орбиты тоже был изменён для оптимального сближения с Плутоном. Это позволило станции сократить продолжительность своего путешествия к Плутону на целых три года! На время пролёта вблизи Юпитера были включены и протестированы все научные приборы станции и проведены исследования и фотографирование Юпитера, его колец, магнитосферы и четырёх крупнейших спутников: Ио, Каллисто, Ганимеда и Европы.
После изучения системы Юпитера и гравитационного манёвра с использованием его поля тяготения, аппарат «New Horizons» направился к основной цели своего путешествия – Плутону. Но пока станция в спящем режиме добиралась до орбиты Плутона, произошли изменения в его статусе. Планета была исключёна из списка планет Солнечной системы. И понижена в ранге до карликовой планеты пояса Койпера.
Здесь следует уточнить, что система тел Плутон и Харон – это не карликовая планета со спутником, а двойная малая планета, обе составляющие которой вращаются вокруг общего центра тяжести, находящегося вне пределов тела Плутона.
Полёт «New Horizons» от Юпитера к поясу Койпера продолжался долгих восемь с половиной лет!
Когда в декабре 2014 года станция приблизилась к системе Плутона, она была выведена из спящего режима и приступила к работе. 25 января 2015 года АМС «New Horizons» начала измерения, съёмки и передачу данных в центр управления для подготовки коррекции траектории. 10 марта 2015 года АМС по команде с Земли, используя двигатели, произвела коррекцию своей скорости на 1 м/с. Всего лишь на один метр! Это была рекордная самая дальняя коррекция скорости по команде с Земли в истории космонавтики. Ведь радиосигнал проходит расстояние от Земли до Плутона за четыре с половиной часа! Таким образом был побит рекорд дальности коррекции, установленный за 26 лет до этого аппаратом «Вояджер-2» во время пролёта Нептуна, и впервые космический аппарат произвёл изменение траектории на рекордном расстоянии от Земли в 4,77 миллиарда километров!
Пролёт системы Плутона на максимальном сближении с ним на расстояние в 12 472 километра состоялся 14 июля 2015 года.
В ходе исследований, проведённых АМС «New Horizons», были точно определены размеры Плутона и Харона, произведена съёмка их поверхностей с высоким разрешением, изучена их геоморфология и были составлены трёхмерные карты этих небесных тел. На Плутоне были открыты горы высотой до шести километров, азотные ледники и образования из метанового льда.
Также было установлено, что Харон покрыт водяным льдом и имеет полярную шапку из тяжёлых углеводородов, а его поверхность изрезана глубокими ущельями и горными хребтами высотой до 8 километров.
АМС «New Horizons» исследовала атмосферу Плутона, определила её состав, температуру и давление, установила наличие тропосферы Плутона. Оказалось, что атмосфера планеты состоит в основном из азота с примесями метана, этана, этилена и ацетилена. Очень интересным стало открытие органической дымки в атмосфере Плутона, поднимающейся до высоты 480 километров.
Были изучены и сфотографированы и другие спутники Плутона: Никта, Стикс, Кербер и Гидра и определён период их обращения вокруг оси. АМС «New Horizons» произвела первое в истории исследование карликовой планеты Солнечной системы с близкого расстояния. Также с помощью станции были проведены исследования фоновой яркости неба, измерения параллакса для уточнения расстояния до звёзд и подтверждено существование «водородной стены» на границе Солнечной системы. Интересный факт: в день максимального сближения с Плутоном на сайте NASA было зарегистрировано более миллиарда просмотров результатов работы миссии «New Horizons»! И это стало ещё одним рекордом и до сих пор непревзойдённым показателем за всю историю космического агентства США!
После выполнения всех своих основных задач АМС «New Horizons» сохранила работоспособность и достаточно большой запас топлива. Поэтому, как и предполагалось, миссию решили продлить.
В момент её старта в 2006 году еще не было известно к каким объектам пояса Койпера можно будет направить станцию. Но пока АМС добиралась до Плутона, который за время её полёта был переведён из статуса девятой планеты в список транснептуновых карликовых планет, были открыты ещё несколько сотен новых объектов пояса Койпера, среди которых были выбраны три с наибольшей вероятностью их достижения АМС «New Horizons».
Это были транснептуновые астероиды 2014 MU69, 2014 OS393 и 2014 PN70. И в 2015 году для посещения был выбран астероид номер 486958 названный, при его открытии с помощью телескопа Хаббл, 2014 MU69. Выбор именно этого объекта был определён тем, что для его посещения необходимо было израсходовать только 35% оставшегося у станции топлива, что позволило бы вновь продлить миссию и получить новую информацию об объектах и межпланетной среде пояса Койпера.
Осенью 2015 года были произведены четыре коррекции траектории, и АМС отправилась в новое путешествие продолжительностью четыре года. В 2017 и 2108 годах были произведены ещё две коррекции траектории, и последовательно дважды обновлены рекорды самых дальних изменений траектории по команде с Земли.
Во время пути АМС продолжала съёмку объектов пояса Койпера. В апреле 2016 года была произведено фотографирование плутино Араун, позволившее определить форму этого объекта, период его вращения и параметры орбиты.
В июле июля 2016 года была проведена съёмка астероида Квавар и других объектов. А в августе 2018 года АМС «New Horizons» зафиксировала усиление ультрафиолетового излучения в направлении к Солнцу с внешней стороны Солнечной системы, что подтвердило гипотезу существования «водородной стены», то есть уплотнения в межзвёздном пространстве на границе гелиосферы. Пока станция добиралась до своей цели – астероида 2014 MU69 он был переименован в Ультима Туле.
Объект Ультима Туле оказался очень интересным и необычным по форме. Это контактно-двойной транснептуновый астероид, состоящий из плоского почти круглого «блина» диаметром около 20 километров и толщиной семь километров, к ребру которого «прилип» шарообразный объект диаметром около 10 километров. Максимальное сближение станции с астероидом произошло 1 января 2019 года на расстоянии 43,4 астрономических единицы от Земли! И на сегодняшний день это действующий рекорд дальности до объекта Солнечной системы, изученного направленным к нему космическим аппаратом.
После посещения Ультима Туле, который к сегодняшнему дню в очередной раз переименован в Аррокот, АМС «New Horizons» продолжила исследования, благодаря сохранившемуся топливу и оставшейся мощности её энергоблока РИТЭГ, которой должно хватить до 2035 года В 2020 году станция приняла участие в астрономическом проекте «Parallax Program» синхронно с несколькими наземными телескопами, и благодаря её участию проведены точные измерения расстояний до звёзд Проксима Центавра и Вольф 359.
Сейчас станция находится на расстоянии около 60 астрономических единиц от Земли и продолжает удалятся от нас.
По расчётам астрофизиков в 2034 году АМС пересечёт «водородную стену» и сможет выйти за пределы гелиосферы.
Давайте пожелаем успеха команде центра управления АМС «New Horizons»!
