Завершена основная часть программы по исследованию зондом Philae ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко.

Пенетратор не помог

Три сумасшедших дня Philae на поверхности кометы

Ведущая BBC рассказывает о комете 67P/Чурюмова-Герасименко в программе для детей
Фото: BBC
Завершена основная часть программы по исследованию зондом Philae ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Работавший в сложных условиях открытого космоса и управляемый с Земли через аппарат Rosetta зонд провел запланированные замеры. Несмотря на сопровождавшие Philae неудачи, специалисты Европейского космического агентства (ЕКА) в течение более чем трех суток с 12 по 15 ноября 2014 года постарались максимально реализовать возможности зонда до того, как он заснет. Вполне возможно, что навсегда.
О самой миссии Rosetta «Лента.ру» писала не раз, а за последними событиями можно было следить наофициальном канале Twitter ЕКА. Напомним, что основная цель миссии — исследование кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Кроме изучения ее эволюции в зависимости от расстояния до Солнца (по мере приближения к нему небесное тело испаряет в окружающее пространство свою материю), астрономов интересовал химический состав ядра кометы. Поскольку материя кометы сохранилась почти неизменной с момента образования (около 4,5 миллиарда лет назад), ее изучение может пролить свет на ранние этапы развития Солнечной системы.
Аппарат ЕКА Rosetta отправился в космос в 2004 году. За десять с лишним лет он достиг конечной точки своего путешествия — кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Для непосредственного исследования ядра кометы на борту аппарата имелся зонд Philae, оснащенный 11 системами, необходимыми для проведения запланированных исследований.

Спуск

К неприятностям со спуском Philae европейские инженеры были готовы еще с момента планирования самой миссии. Действительно, осуществить первую мягкую посадку на поверхность небесного тела с чрезвычайно слабой гравитацией (примерно в восемь тысяч раз слабее земной), движущегося со скоростью более десяти километров в секунду, прикрепиться к нему и собрать необходимые данные — весьма сложная техническая задача.
Современные вычислительные методы небесной механики позволяют с высокой точностью рассчитать параметры траекторий аппарата и небесного тела вплоть до одновременного пересечения их траекторий, однако само маневрирование спускаемого зонда, а также его непосредственная посадка и поведение на поверхности трудны для моделирования из-за большого числа неизвестных параметров.
Это связано с непредсказуемостью конкретных условий на поверхности кометы (не говоря уже о других небесных телах): вместо точных чисел имеется только качественное представление о химии и физике ядра кометы. Такова особенность астрономии: неопределенность в численных значениях параметров многих космических тел и явлений у представителей других точных наук просто вызвали бы ужас.
Неопределенность в численных значениях величин сравнима с ними самими: фактически речь идет о порядке величин, но никак не об их значении. А удаленность космических объектов не позволит проводить какие-либо опыты. В астрономии нет экспериментаторов — только наблюдатели. Европейские ученые оценили шансы на успех спускаемой части миссии Rosetta в 70 процентов.
Неполадки с зондом начались еще до отделения от материнского аппарата: у посадочного модуля обнаружились проблемы с двигателем малой тяги в его верхней части. Этот двигатель предназначен для противодействия отдаче гарпунов, с помощью которых Philae должен был закрепиться на ядре кометы. Необходимость в таком устройстве возникает из-за того, что сила тяжести на этом небесном теле крайне мала.

Посадка и бурение

Высадиться зонд должен был на участке, получившем название Агилкиа. Однако посадка 12 ноября 2014 года произошла в другом месте, где именно — точно неизвестно. К тому же зонд недостаточно прочно закрепился на поверхности кометы: система развертки гарпунов не сработала, и аппарат в любой момент мог перевернуться, деформироваться или даже отскочить от поверхности. Philae опирался только на две из трех своих опор. Более того, специалисты ЕКА обнаружили, что зонд не один раз, а целых три пытался сесть на поверхность кометы. В одной из таких попыток он поднялся над ее поверхностью на высоту, равную примерно 0,5 километра.
Из-за того, что Philae совершил посадку не там, где планировалось, он оказался не на запыленной поверхности, а на твердой скалистой породе под возвышенностью, закрывающую зонд своей тенью. Свет попадал на фотоэлементы солнечных батарей Philae только в течение 90 минут каждые 12 часов.

Первый снимок с поверхности кометы
Фото: ESA
Среди 11 научных инструментов зонда есть устройство MUPUS с пенетратором, которому удалось выдвинуться примерно на четверть метра. С его помощью специалисты ЕКА надеялись привести зонд в более устойчивое положение, а в оптимистичном сценарии — осуществить его разворот к солнечному свету и взять пробы грунта. Манипуляции с пенетратором действительно частично помогли.
Инженеры миссии сообщили, что пенетратор осуществил первое в мире успешное проникновение в недра кометы, однако прошел только сквозь ее мягкий слой и не смог пробурить твердый из-за поломки, случившейся, когда ученые заставили его работать в режиме максимальной нагрузки. Однако инструменту SD2, вероятно, все же удалось осуществить по-настоящему первое бурение именно твердой поверхности кометы.

Неудачи в бурении MUPUS ученые связали с неожиданно твердой структурой поверхности кометы, на которую натолкнулся пенетратор. Астрономы выдвигали разные предположения. Модели включали в себя и мягкое ядро, и твердую поверхность, и различные промежуточные комбинации. Однако для точных выводов данных не хватало.

По предварительным сведениям, инструменту SD2 все же удалось осуществить первое бурение твердой поверхности ядра кометы Фото: twitter.com/Philae2014 / ESA
Разработчики модуля Philae старались учесть все неопределенности в наших представлениях о характере ядра кометы. Молот инструмента MUPUS, забивающий пенетратор в поверхность, был рассчитан на бурение твердых слоев, но так и не справился со своей задачей. Специалисты ЕКА не ожидали, что поверхность кометы окажется столь твердой.
Все кометы такие, или зонду «не повезло», неясно. Так, согласно одной из версий случившегося, спускаемый модуль попал на твердый остаток космического тела, когда-то упавшего на комету. В ЕКА также сообщили о том, что температура пенетратора после его извлечения из мягкого слоя поверхности ядра сильно понизилась из-за того, что к нему что-то прикрепилось. Могло ли это послужить причиной сбоев в работе устройства, тоже остается вопросом.

Что дальше?

Первую посадку на поверхность кометы совершил американский зонд Smart Impactor. 4 июля 2005 года зонд НАСА врезался в поверхность кометы Темпеля 1. Он исследовал химический состав приповерхностного слоя ядра кометы и сделал несколько снимков ее поверхности. За его работой наблюдал аппарат Flyby. В отличие от Philae, зонд Smart Impactor совершил не мягкую, а жесткую посадку: материнский аппарат просто бросил его на ядро кометы. С технической точки зрения эта операция не идет ни в какое сравнение со сложностью миссии Rosetta.
Зонд Philae за свои первые сутки на поверхности кометы передал до 90 процентов запланированной на тот период информации. В ЕКА рискнули и задействовали все имеющиеся возможности для сбора максимально больших объемов данных о комете. Пока работало научное оборудование зонда, его аккумуляторы почти полностью разрядились, и Philae перешел в режим гибернации. Пробуждение зонда — отдельная задача. Несмотря на некоторые неудачи, в целом европейцы довольны результатами работы Philae.
Оставшейся энергии должно хватить для предполагаемого обмена данными с материнским аппаратом Rosetta. Кроме того, по мере приближения к Солнцу участок, на котором находится зонд, будет освещаться сильнее, и эксперты ЕКА не исключают оживления Philae. Наиболее сдержанный прогноз специалистов предполагает, что миссия Philae в основном завершена. Ученым предстоят анализ данных, полученных со спускаемого модуля, и наблюдение с материнского аппарата Rosetta, вращающегося вокруг кометы, за эволюцией кометы по мере ее приближения к Солнцу. Программа рассчитана еще примерно на два года. А для завершения части миссии, связанной с зондом Philae, некоторые эксперты даже предлагают приблизить Rosetta к комете и опустить аппарат на нее. Попытки оживить Philae инженеры ЕКА не оставят — пожелаем им успеха. Несмотря на все шероховатости миссии Rosetta, у астрономов теперь есть уникальные данные о комете, которые никаким другим способом, кроме спуска на ее поверхность, получить бы не удалось.
Андрей Борисов