Ключ поверни и полетели: самые интересные космические аппараты, изучающие Солнечную систему

Изучение дальних уголков Солнечной системы — важное направление научной деятельности человека. Прежде всего, это первый шаг к колонизации других планет, а значит, и к выживанию человечества как вида в случае, если на Земле, пока еще единственном доме человека, случится экологическая или иного рода катастрофа. Какие направления выбрали ученые и почему так важно отправить космический корабль за пределы Солнечной системы? На эти вопросы можно ответить, изучив уже существующие миссии по изучению космоса.

Voyager и Voyager 2

Американские исследовательские миссии Voyager и Voyager 2, которые были запущены с разницей в неделю в 1977 году, на сегодняшний день являются одними из самых далеких от Земли искусственных космических объектов. Сейчас автоматические межпланетные станции находятся на расстоянии примерно 18 млрд км от Земли — за пределами гелиопаузы, но еще внутри Солнечной системы.

До конца не ясно, через сколько станции покинут нашу систему — она окружена облаком Оорта — гипотетическим гигантским скоплением комет, которые находятся под воздействием гравитации Солнца. На практике существование облака пока не подтверждено, однако многие математические модели указывают на его наличие. Согласно прогнозам экспертов, Voyager может выйти за внешние пределы облака примерно через 30 тыс. лет.

При этом первая миссия Voyager, запущенная более 40 лет назад, является самым быстрым искусственным объектом во Вселенной. Несмотря на то, что похожий зонд — New Horizons — был запущен намного позже и технически быстрее, Voyager совершил удачный гравитационный маневр между планетами, что очень сильно его ускорило. Например, выполнение гравитационного маневра Voyager 2 у Юпитера, Сатурна и Урана позволило станции достичь Нептуна на 20 лет раньше, чем позволяла его скорость при прямом движении.

Сейчас примерная скорость станций составляет около 17,5 км/с — или 0,005% от скорости солнечного света. В определенный период года расстояние между Voyager 1 и Землей уменьшается. Это связано с тем, что скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца (около 30 км/c) выше, чем скорость, с которой Voyager 1 отдаляется от него.

Изначально обе миссии Voyager запускали для исследования дальних уголков Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана (Voyager 2 является единственным зондом, который добрался до этой планеты, и астрофизики все еще используют полученные с него данные для ее изучения) и Нептуна, а также ключевых спутников этих планет.

В дальнейшем — после 2025 года — оба аппарата потеряют связь с Землей. Их датчиков не хватит для передачи данных на такие расстояния. Согласно расчетам, только еще через 40 тыс. лет Voyager долетит до своей первой звезды — Росс 248 — одиночной звезды в созвездии Андромеды, находящейся на расстоянии в 10,4 световых лет от Солнца.

В период с 1958 по 2019 год человечество запустило в космос 224 исследовательские миссии и еще несколько тысяч коммерческих и бытовых спутников. Первой успешно запущенной автоматической межпланетной станцией была советская «Луна-1», которая пролетела мимо Луны из-за ошибки в расчетах.

New Horizons

Автоматическая станция New Horizons — еще одна американская миссия по изучению дальних уголков Солнечной системы. Миссия New Horizons запущена в 2006 году, а первоначальное время использования зонда рассчитывалось как 15–17 лет.

При запуске предполагалось, что New Horizons станет самым быстрым искусственным объектом во Вселенной — при запуске его скорость составляла 16,2 км/с — относительно Земли, а гелиоцентрическая скорость превышала 45 км/с, что позволило бы миссии покинуть Солнечную систему даже без гравитационного маневра около Юпитера. Однако постепенно скорость New Horizons начала снижаться и на сегодняшний день оказалась на уровне 14,5 км/с.

Основной целью New Horizons является исследование формирования системы Плутона и Харона, изучение пояса Койпера, а также процессов, которые происходили на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Миссия будет изучать поверхность и атмосферу объектов системы Плутона и его ближайшее окружение — составлять карты, исследовать геологию и искать атмосферу.

В итоге, после сбора всей информации об этих планетах, участники миссии решили направить New Horizons к поясу Койпера — гигантскому астероидному району на окраине исследуемой зоны Солнечной системы. В нем находятся сотни тысяч астероидов диаметром более 100 км, частично Плутон, долгопериодические кометы из облака Оорта с периодом обращения вокруг Солнца в 200 лет и триллионы комет.

Там же New Horizons займется изучением одного из самых дальних астероидов Солнечной системы — Ультима Туле, про который мы подробно рассказывали здесь.

Недавно New Horizons зафиксировал огромную водородную массу на границе Солнечной системы, где межзвездный водород сталкивается с солнечным ветром. Ученые проанализировали 360-градусный снимок ультрафиолетовых излучений вокруг зонда и обнаружили странную яркость — она может означать наличие потенциально сгущенного водорода. Считается, что примерно в этом месте солнечный ветер снижает свою скорость, поэтому именно таким образом на него могут влиять межзвездный водород и излучение, идущее от других звезд.

Помимо научного оборудования, на борту New Horizons установлены флаги США, фрагмент первого обитаемого частного космического аппарата SpaceShipOne, компакт-диск с фотографиями аппарата и его разработчиков, почтовая марка США, две монеты и капсула с частью праха астронома Клайда Томбо, первооткрывателя Плутона.

Parker Solar Probe

Космический аппарат Parker Solar Probe от НАСА запущен относительно недавно — летом 2018 года. Его основной миссией является изучение внешней короны Солнца с расстояния в 6,1 млн км — в этом месте температура превысит 2 млн градусов Цельсия, при этом зонд даже коснется его и не расплавится.

Зонд не расплавится благодаря тому, что корона, через которую полетит Parker Solar Probe, имеет чрезвычайно высокую температуру, но очень низкую плотность. Благодаря этому свойству теплозащитный экран, закрывающий Parker Solar Probe, будет нагреваться всего на 1 644 °С. Подробнее о миссии Parker Solar Probe и особенностях солнечной короны мы уже рассказывали в отдельном материале.

Parker Solar Probe является рекордсменом среди всех объектов, которые достигнут Солнца — ранее несколько космических зондов достигали расстояния около 7 млн км от Солнца.

Благодаря Parker Solar Probe ученые попытаются выяснить, как появляется солнечный ветер, какое влияние на него испытывают магнитные поля, и изучить частицы плазмы около Солнца и воздействие на солнечный ветер и образование энергетических частиц.

Пока человечество довольно мало знает о солнечной короне. Источниками для изучения десятилетиями становились только солнечные затмения, поскольку Луна блокировала самую яркую часть звезды — это позволило наблюдать за тусклой внешней атмосферой Солнца. И только в последние годы НАСА начало запускать миссии по его изучению.

Про результаты миссии пока говорить рано — с момента запуска Parker Solar Probe не прошло и года, а первое полноценное сближение с Солнцем произойдет только в 2024 году.

InSight

За запуском марсианской миссии InSight следил в прямом эфире буквально весь мир — 26 ноября 2018 года НАСА и сотни СМИ вели свои трансляции с этого события.

Миссия InSight рассчитана на 720 дней. За это время зонд будет изучать сейсмическую активность планеты и, самое важное, пробурит скважину глубиной до 5 м. Возможно, это позволит обнаружить скопление жидкой воды или льда под поверхностью Марса.

Сейчас InSight пробурил скважину глубиной всего 50 см, когда бур наткнулся на препятствие, и команда миссии решила на время прекратить этот процесс. Анализ показал, что преграда представляет собой не валун, а слой из дюрикраста. Инженеры считают, что бур сможет его преодолеть, однако из-за осыпания скважины отдача инструмента неизбежно упадет.

Теперь ученые собираются немного приподнять InSight роборукой IDA (Instrument Deployment Arm), тем самым компенсировав отдачу при ударах. Вероятно, между буром и окружающим грунтом существует недостаточное сцепление из-за того, что скважина засыпана обломочным материалом. Согласно планам, процесс подъема InSight будет проходить в несколько этапов с конца июня 2019 года.

В марте сейсмометр InSight уже зафиксировал первое марсотрясение амплитудой в 2,5 баллов, при этом наука не впервые пытается фиксировать землетрясения на Красной планете. В 1975 году на Марс были запущены роверы «Викинг-1» и «Викинг-2» с аналогичными миссиями, однако на первом аппарате не заработал сейсмометр, а на втором он не имел достаточной чувствительности, поскольку был установлен в самом зонде, а не в почве Марса.

Chang’e 4

В начале января 2019 года китайский зонд Chang’e 4 впервые в истории сел на обратную сторону Луны в кратер Фон Карма — один из самых неизученных участков на поверхности спутника Земли длиной почти в 2 тыс. км и глубиной до 10 км. Планируется, что Chang’e 4 ничего не привезет на Землю с обратной поверхности Луны — это было бы слишком сложной и дорогостоящей миссией.

Chang’e 4 будет изучать внутренности Луны с обратной стороны благодаря мощному радару, а также мобильной лаборатории. Луноход также доставил на Луну алюминиевый контейнер с семенами горчицы, картофеля и яйцами шелкопряда, а ученые отчитались, что им удалось добиться прорастания одного из семян хлопка. Однако с наступлением первой лунной ночи — 12 января, спустя несколько дней после посадки, ровер ушел в спящий режим и эксперимент пришлось прервать.

Всю полученную информацию ровер будет передавать на искусственный спутник Луны, когда тот будет пролетать над его местоположением, а со спутника сигнал уже пойдет к команде миссии. Кроме того, Китай имеет еще один спутник Queqiao, находящийся в точке Лагранжа Земля-Луна на расстоянии 37 тыс. км от Земли. Это тоже позволит быстрее передавать сигналы на Землю. Подробнее о том, как устроены точки Лагранжа и почему в них нет гравитации, вы можете почитать в специальном исследовании «Хайтека».

Кроме научных задач, миссия позволила Китаю протестировать возможности в реализации систем дальней космической связи.

Сейчас китайские инженеры намерены построить миссию Chang’e 5 — первый в истории страны возвращаемый с Луны зонд, который должен привезти более 2 кг лунного грунта. Запуск миссии намечен на декабрь 2019 года.