Историческая посадка зонда «Филы»

На этой фотографии, сделанной космическим аппаратом «Розетта», запечатлен спускаемый зонд «Филы» через два часа после отделения от аппарата. Еще через пять часов «Филы» совершил мягкую посадку на комету Чурюмова — Герасименко. Эта первая в истории космонавтики посадка на комету произошла десять лет назад, 12 ноября 2014 года.

Столь интересную экспедицию Европейское космическое агентство начало планировать еще в конце 1970-х годов. Первоначальной целью ученых была комета Виртанена (см. одноименную картинку дня). Однако 11 декабря 2002 года, примерно за месяц до планируемого запуска «Розетты» на ракете «Ариан-5», из-за проблем с охлаждением двигателя потерпела аварию новая модификация этой ракеты, ECA, с несколькими европейскими спутниками связи. Пуски ракет «Ариан» пришлось отложить. А когда они возобновились, стартовое окно для полета к комете Виртанена уже закрылось. Нужно было ждать еще несколько лет или менять ракету на более мощную. Ученые выбрали третий вариант: сменили цель экспедиции. Полет к комете Чурюмова — Герасименко стартовал 2 марта 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане. На пуске присутствовали первооткрыватели кометы — астрономы Клим Чурюмов и Светлана Герасименко.

«Розетта» и «Филы» во время испытаний в апреле 2002 года в Европейском центре космических исследований и технологий, Нидерланды. Фото с сайта planetary.org

Перелет занял больше десяти лет, но первые сложности у команды сопровождения полета возникли задолго до подлета к комете. Так, в 2006 году обнаружилась утечка топлива, питающего реактивные двигатели ориентации; после этого пришлось включать эти двигатели с неполной тягой. Два года спустя инженеров заставили понервничать двигатели-маховики, также управляющие ориентацией: два из четырех маховиков начали опасно вибрировать. Было решено снизить частоту их вращения и на всякий случай разработать новый алгоритм управления, использующий только два исправных маховика. В итоге обошлись отключением одного из проблемных маховиков: второй восстановил работоспособность после смазки.

Неожиданности подстерегали инженеров и на заключительном этапе полета: перед посадкой на комету выяснилось, что она похожа по форме не на картофелину, как предполагали раньше, а скорее на две неравных картофелины, соединенные короткой перемычкой (встречается и сравнение с резиновой уточкой). Это затрудняло маневры вблизи кометы из-за сложности ее гравитационного поля и усложняло выбор места для посадки.

Снимок кометы Чурюмова — Герасименко, сделанный «Розеттой» 7 июля 2015 года с расстояния 150 км. Ее размеры — около 4×4×3 км, масса — 10 миллиардов тонн (это примерно как 1600 пирамид Хеопса). Комета короткопериодическая: период ее обращения вокруг Солнца составляет примерно 6,5 земных лет. Фото с сайта blogs.esa.int

Как было установлено позже, необычная форма кометы объясняется тем, что она контактно-двойная: так называются небесные тела, образовавшиеся слиянием двух отдельных тел (см. статью Поцелуй двух комет).

В сентябре 2014 года «Розетта» достигла кометы, находившейся тогда на расстоянии 3,6 астрономических единиц от Солнца и 2,7 — от Земли, и перешла на орбиту вокруг нее. Анализируя сделанные «Розеттой» снимки поверхности, ученые выбрали место для посадки «Фил»: «Розетта» оставалась на орбите, выполняя собственные научные исследования.

Фотография кометы, сделанная зондом с высоты 3 км за час до посадки. Фото с сайта blogs.esa.int

К сожалению, посадка прошла не по плану. Коснувшись поверхности кометы, «Филы» должен был зацепиться, используя ледобуры, гарпуны и реактивный двигатель, который на время прижал бы его к поверхности: гравитационное поле такого небольшого небесного тела не могло надежно удержать аппарат. Но система посадки не сработала должным образом, и зонд, словно мячик для пинг-понга, несколько раз отскочил от поверхности.

Первый контакт «Фил» с поверхностью кометы в представлении дизайнеров. Фото с сайта esa.int

«Филы» остановился у подножия отвесной скалы, создававшей тень. Из-за этого его солнечные батареи лишь изредка освещались Солнцем, получая примерно в пять раз меньше энергии, чем планировалось. Поэтому аппарат проработал всего лишь около 60 часов, пока не сел аккумулятор. А вот если бы «Филы» сел в запланированном месте, то смог бы проработать четыре месяца: комета приближалась к Солнцу, и на ней становилось всё жарче, поэтому ожидалось, что в марте 2015 года аппарат выйдет из строя от перегрева.

Первые две фотографии, сделанные «Филами» после посадки и склеенные в панораму. В левой части снимка видна одна из опор аппарата. Фото с сайта blogs.esa.int

Несмотря на эту неудачу, «Филы» всё же успел собрать и передать на Землю некоторые научные данные. Для их сбора зонд был оснащен камерами для панорамной съемки, микроскопом, магнитометром, датчиком плазмы и системой бурения и отбора проб. Спектрометры, масс-спектрометр, хроматограф и газоанализатор должны были провести анализ химического состава кометы, а томограф — определить структуру ядра кометы, анализируя распространение через него электромагнитных волн. Приборы акустического и электрического зондирования и специальные датчики предназначались для изучения плотности, температуры и механических свойств поверхности кометы. А три длинных штанги (вы их видите на главном фото) — опоры, с помощью которых «Филы» должен был надежно встать на поверхности кометы, какие бы особенности рельефа ни встретились в месте посадки.

Научное оборудование «Фил»: SESAME — приборы акустического и электрического зондирования; CIVA — фотокамеры, микроскоп и инфракрасный спектрометр; COSAC — хроматограф и масс-спектрометр; PTOLEMY — газоанализатор; CONSERT — томограф; SD2 — система бурения и отбора проб; ROMAP — магнитометр и датчик плазмы; MUPUS — прибор для изучения свойств поверхности кометы; ROLIS — фотокамера; APXS — спектрометр альфа-частиц. Фото с сайта blogs.esa.int

В точке начального контакта «Фил» с кометой твердая поверхность оказалась скрыта под толстым (около 25 см, а местами, возможно, и до 2 м) слоем гранулированного материала. А там, где аппарат окончательно остановился, твердый лед был присыпан небольшим (меньше 3 см) слоем пыли. Камеры аппарата запечатлели камни размером до 5 м и многочисленные трещины в скалах (см. статью Хеопс на подошве Имхотепа и сад камней). Зонд измерил температуру на поверхности кометы (от –145° до –180° C в зависимости от времени суток). Ядро кометы, как показала томография, представляет собой пористую смесь льда и пыли. На поверхности кометы обнаружилось 16 органических соединений; четыре из них (включая, например, ацетон) ученые никогда до того не находили на кометах (см. картинку дня Рецепт кометы). В коме (пылегазовой оболочке ядра) кометы преобладают водяной пар, угарный и углекислый газ, но «Филы» детектировал и небольшое количество органических веществ (например, формальдегид).

Некоторые из обнаруженных на комете органических соединений играют ключевую роль в синтезе аминокислот, сахаров и нуклеиновых оснований — «кирпичиков», из которых образуются биополимеры — структурная основа всех живых организмов. Эти открытия служат дополнительным подтверждением теории, согласно которой кометы представляют собой своеобразные природные «лаборатории», на которых может возникать жизнь. Впрочем, пока эти представления остаются лишь гипотезой.

Совместные измерения «Фил» и «Розетты» установили, что комета не намагничена. Это было первое измерение магнитного поля кометы, проведенное с такой тщательностью: до того космические аппараты, как правило, пролетали мимо комет с большой скоростью, и их магнитометрам удавалось сделать лишь поверхностные измерения.

Из-за нештатной посадки и ограничений по времени и энергии команде управления аппаратом пришлось на ходу перекраивать программу испытаний, а спектрометры и микроскоп «Филы» так и не удалось проверить в действии. Скорее всего, и бур не смог собрать образцы, чтобы «сдать» их другим приборам на анализ.

Спустя полгода, в июне 2015 года, когда комета была в перигелии, зонд «Филы» смог подзарядить свои батареи. Это позволило ему передать на Землю (используя «Розетту» в качестве ретранслятора) еще немного данных. Последняя передача от зонда была получена 9 июля; с тех пор он больше не выходил на связь, несмотря на то, что инженеры изменили орбиту «Розетты», пытаясь сделать условия для связи максимально благоприятными.

Сама же «Розетта» продолжила обращаться вокруг кометы, продолжая исследования. Она тоже получила немало интересных результатов: например, впервые обнаружила в коме и ядре кометы молекулярный кислород. Этот факт не согласуется с современными моделями формирования Солнечной системы, поэтому открытие должно помочь ученым лучше понять процессы, происходившие в ней на ранних стадиях ее развития.

Миссия «Розетты» закончилась, когда солнечной энергии, питающей батареи аппарата, стало не хватать вследствие удаления кометы от Солнца. И 30 сентября 2016 года «Розетта» совершила намеренное столкновение с кометой, чтобы напоследок максимально крупно рассмотреть некоторые детали ее рельефа и выполнить некоторые измерения у самой поверхности (см. картинку дня Последний маневр «Розетты»).

Экспедиция «Розетты» и «Фил» сопровождалась кампанией по ее популяризации: ход миссии подробно освещался в социальных сетях, обоим аппаратам даже завели аккаунты в Твиттере. Был снят мультсериал „Once upon a time“ и короткометражный научно-популярный фильм „Ambition“.

«Розетта» (слева) прощается с «Филами», отправляющимися к комете. Кадр из мультсериала „Once upon a time“. Изображение с сайта room.eu.com

И даже поисковик Google в день посадки «Фил» разместил на своей главной странице посвященный этому дудл. Более того, 31 декабря вышел новогодний дудл, в котором среди наиболее популярных событий года, таких как чемпионат мира по футболу, упоминалась и экспедиция «Розетты» и «Фил».

Фото с сайта blogs.esa.int.

Алексей Деревянкин