Прощание с Philae
Космический аппарат, который 12 ноября 2014 года, мягко коснулся поверхности кометы 67P/Чурюмова-Герасименко уже более полугода не подает признаков жизни. Philae Lander может претендовать на государственную премию за работу вопреки всем обстоятельствам. Пережив десятилетний перелет и аварийную посадку, он все же сумел героически выполнить свою задачу, и провести исследование кометы, пока позволял заряд батарей. Летом 2015 года он всех удивил, вернувшись к жизни, но сегодня практически нет возможности повторить этот подвиг.
Автоматическая межпланетная станция Rosetta Европейского космического агентства, с посадочным аппаратом Philae (читается как «Филэ», но после близкого с ним знакомства не хочется звать иначе как «Филя»), отправилась в 2004 году для исследования кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Летом 2014 года произошло сближение Rosetta и ядра кометы. Такой долгий путь космическому аппарату пришлось пройти потому, что задача ставилась не просто встретиться с кометой, но и остаться неподалеку от нее. То есть встречные траектории, с которых изучали кометы ранее, в этой экспедиции не годились. Аппарату потребовалось десять лет и пять гравитационных маневров, чтобы сблизиться с кометой и сравнять с ней скорости.
Кроме исследования кометы с расстояния, миссия предполагала прямой контакт с ядром кометы. Посадку должен был совершить спускаемый модуль Philae Lander. Изучив комету с расстояния, ученые выбрали подходящее место для посадки. Это было равнинное место, названное Агилкия у Южного полюса кометы.
12 ноября 2014 года Philae успешно отстыковался от Rosetta и отправился на встречу с кометой. Траектория была выбрана безупречно и ничто не предвещало проблем, но последние метры полета оказались аварийными.
Сила притяжения четырехкилометрового куска льда и пыли не высока, поэтому Philae был оборудован несколькими инструментами, которые должны были удержать его на поверхности. В нескольких метрах от кометы аппарат должен был выстрелить специальные гарпуны, чтобы закрепиться в реголите.
Выстрела не произошло.
Коснувшись поверхности Philae должен был включить ракетные двигатели, которые должны были дуть вверх и прижимать аппарат к комете.
Двигатели не сработали.
Во время работы двигателей, модуль должен был ввинтить в поверхность буры на своих ногах, чтобы надежно закрепиться на поверхности. Но без гарпунов и двигателей его ждала драматическая судьба, в которой буры были бесполезны. Несмотря на аппаратные проблемы, Philae повезло, что рыхлый грунт поглотил часть кинетической энергии, и аппарат не отбросило в космическое пространство. Но зонд отскочил, пролетел несколько сот метров и остановился только после четвертого прыжка.
https://www.youtube.com/watch?v=rJ2eqH3Bz4c
Конечное место посадки сильно отличалось от того, что готовили ранее. Фактически Philae застрял в трещине глубиной несколько метров. Никто не знал места его фактической посадки. Результаты осмотра камерами, и данные выработки энергии солнечными батареями показали, что это довольно темное место. У ученых оставалось около двух-трех суток, чтобы реализовать весь научный потенциал Philae, задействовать все исследовательские приборы и инструменты, пока не исчерпается запас аккумуляторных батарей.
По словам ученых, за 64 часа работы Philae им удалось реализовать на 80% научную программу зонда. Philae сумел проверить твердость поверхности и замерить ее температуру пенетрометром MUPUS, осмотреть поверхность камерами ROLIS, «просветить» ее георадаром CONSERT. Хроматографы Ptolemy и COSAC смогли «вдохнуть» газы кометы и изучить состав ее пыли. Более того, благодаря отскоку аппарата, удалось провести изучение в двух участках поверхности.
Что же смог узнать Филя?
Как в целом ранее и предполагалось, комета представляет собой смесь льда и пыли, причем довольно рыхлой консистенции. По данным радарного просвечивания пористость составляет 75-85%. При этом, поверхность непосредственно в месте посадки, оказалось неожиданно твердой. Ударник не смог продвинуться глубже 3 см рыхлой трухи. Дальше ему путь преградил твердый лед.
Обнаруженные газы у поверхности ядра кометы показали богатый набор органических соединений: формальдегид, метилизоцианат, ацетон, пропиональдегид, ацетамид и еще 11 органических соединений, богатых на углерод и азот. Основу атмосферы составляли водяные пары, угарный и углекислый газы. Исследователи отмечают, что обнаруженные органические соединения участвуют в синтезе аминокислот, сахаров, нуклеотидов и азотистых оснований – т.е. являются готовыми «кирпичиками» жизни. Это не доказывает, что где-то кроме Земли есть жизнь, скорее подтверждает гипотезы о том, что кометы играли не последнюю роль в формировании жизни на Земле и могли принести на планету органические «заготовки», из которых, в конечном счете, появились и мы. Так, что, продолжая мысль Карла Сагана, мы состоим не только из звездного вещества, но и из кометного. Может быть оттуда такая тяга к космическим полетам?
К сожалению, радар CONSERT не успел установить происхождение двойной структуры кометы. Для полноценного исследования нутра ядра, сигналы предполагалось посылать на Rosetta, а та уже должна была курсировать с обратной стороны кометы и принимать передачу CONSERT. Из-за ограниченности рабочего времени удалось пройтись «по верхам», не углубляясь дальше 100 метров в тело кометы.
По истечении 64 часов, Philae уснул. Т.е. ушел в режим гибернации, в котором он пребывал и во время полета. Поначалу ученые давали весьма оптимистичные прогнозы по его пробуждению: сначала через неделю, потом через две, потом через два месяца. Но аппарат молчал. Комета приближалась к Солнцу, поэтому ожидалось, что батареи Philae будут получать больше энергии и это позволит подзарядить аккумуляторы и вернуться к работе. По предварительной программе, если бы посадка удалась на равнину, то к марту 2015 года палящие лучи Солнца привели бы к перегреву и выходу из строя аппарата. Но тень трещины берегла аппарат, хотя и не давала ему возможности вернуться к работе.
Летом 2015 года ученые решили повторить попытки выйти на связь. Прямой контакт Philae с Землей был невозможен, поэтому Rosetta выступала ретранслятором. И близкое Солнце вносило свои коррективы – поверхность комет нагревалась, испарения возрастали, кома окутывала ядро и не позволяла приближаться к поверхности.
В то же время солнечный свет давал шанс на восстановление работоспособности Philae. В любом случае нельзя было просто включить передатчик и начать вещание. Зонд лежал в трещине, а его антенна упиралась в стенку, вместо того чтобы возвышаться над равниной, как предполагала первоначальная программа. Поэтому первое, что требовалось инженерам – найти оптимальную траекторию Rosetta, которая позволила бы ей эффективно обмениваться сигналами с Philae.
Вообще, всем кто интересуется космонавтикой и занимается, либо хочет когда-либо заняться разработкой космической техники, настоятельно рекомендую прочесть запись в блоге миссии Rosetta в оригинале. Это настоящий космический детектив!
Я попробую дать краткий пересказ:
В июне 2015 года Rosetta принялась передавать сигналы на комету, ожидая получить ответ от Philae. Предыдущие попытки в марте закончились неудачей, поэтому 11-12 июня пришлось собрать инженерную группу и обсудить перспективность новых попыток выйти на связь. И через день Philae ответил!
Пока мы радовались хорошим новостям, ученые и инженеры миссии пытались продиагностировать сидящий аппарат и оптимизировать траекторию летающего. Для возвращения к научной деятельности в нормальном режиме, требовалось принять объем телеметрических данных – записи сведений о состоянии Philae от момента его повторного включения и до момента установления связи. В очереди стояло примерно 8 тыс. пакетов телеметрии, на передачу которых потребовалось бы 40 минут прямой связи. Проблема была в том, что первый сеанс связи длился всего 78 секунд; второй сеанс – 4 минуты; третий – 19 минут. Но проблемы не заканчивались и сеансы связи проходили с частыми сбоями, в результате, удавалось передавать ограниченное количество пакетов телеметрии.
В то же время, принятые данные позволили определить, что первое пробуждение Philae состоялось еще 26 апреля, потом 5 и 6 мая, а потом уже 13 июня по сигналу с Rosetta. Счет на борту ведется в “Comet day”, которые длятся 12,5 часов.
Данные с солнечных батарей позволяли установить интенсивность освещения каждой панели и помогали определить точнее расположение аппарата относительно стенок трещины.
Телеметрия за эти дни указывала на устойчивый рост бортовой температуры, что являлось показателем приближения к Солнцу. Это было хорошей новостью, т.к. глубокий мороз препятствовал работе аппарата.
С другой стороны, анализ двух бортовых радиопередатчиков показал, что один из них пережил короткое замыкание, и вышел из строя.
Надежда оставалась на второй. В июне Rosetta провела несколько сеансов связи с Philae с расстояния 180-200 км, но ей так и не удалось найти оптимальный режим и траекторию, для стабильного контакта. В июле комета еще ближе подлетела к Солнцу, и Rosetta была вынуждена держаться подальше от ядра, чтобы пыль не забила оптику камер и звездных датчиков. И Philae не отвечал.
Инженеры решили, что второй радиопередатчик тоже закоротило. Это поставило бы крест на дальнейшей работе с аппаратом. Но была возможность еще более фатального сценария, когда вышли из строя и приемники. Чтобы проверить слышит ли Philae сигналы Rosetta, приняли решение использовать радар CONSERT. Идея была такова: если приемники еще работают и аппарат в целом функционирует, то ему передают команду задействовать георадар. Rosetta принимает сигналы радара чем подтверждает, что Philae еще жив.
Команду отправили... И не получили ответа CONSERT. Зато сразу смогли восстановить связь с аппаратом на расстоянии 155 км, т.е. один радиопередатчик все еще функционировал. Аппаратам удалось в течение 17 минут поддерживать стабильную связь. Инженеры скачали всю накопленную в очереди телеметрию, и, казалось, ничто не мешало продолжать научную работу.
Но у Rosetta была и своя научная программа. 25 июля ей предстояло перебраться другую траекторию, для изучения противоположного полушария кометы, что исключало возможность установления связи. 13 августа комета прошла ближайшую точку с Солнцем и стала постепенно отдаляться. Чуть позже Rosetta ушла от ядра кометы на 1,5 тыс км - держалась подальше от пыли и пыталась изучить ударную волну комы.
Всю осень 2015 года оставалась надежда связаться с Philae еще раз. По крайней мере физические условия на комете не должны были препятствовать этому. Однако связаться не удалось до сих пор. Сейчас комета 67P/Чурюмова-Герасименко уже удалилась дальше орбиты Марса.
Rosetta снова кружит на близком расстоянии от ядра кометы, и продолжает звать Philae. Причины молчания могут быть в неисправных радиопередатчиках, либо солнечные батареи покрылись пылью и больше не в состоянии обеспечивать энергией аппарат.
К концу 2015 года температурные условия в трещине, где застрял аппарат, уже не совместимы с его работоспособностью. Rosetta еще попытается спуститься до 10 км и провести съемку предполагаемого места посадки Philae. Однако надежды на чудесное воскрешение, как уже бывало, сейчас уже практически нет. Поэтому когда мы увидим Philae на снимках, нам остается сказать только: Good-night, sweet prince.