АМС “Cassini–Huygens”

Кассини-Гюйгенс

«Кассини-Гюйгенс» был запущен 15 октября 1997 года. 1 июля 2004 года после торможения вышел на орбиту спутника Сатурна. 25 декабря того же года спускаемый аппарат отделился от орбитальной станции и 14 января 2005 года вошёл в атмосферу Титана, обеспечив мягкую посадку автоматической станции на его поверхность. Первоначально миссия была запланирована до 2008, однако впоследствии продлена до лета 2010. 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года.

АМС «Кассини»

Задачи

Старт «Кассини-Гюйгенс»

1. Определение структуры и поведения колец Сатурна;
2. Определение геологической структуры и истории поверхности спутников;
3. Определение природы и происхождения тёмного материала на одном из полушарий Япета;
4. Исследование структуры и поведения магнитосферы;
5. Исследование поведения атмосферы Сатурна и структуры облачного покрова;
6. Исследование облаков и тумана в атмосфере Титана;
7. Определение характера поверхности Титана.

История создания

Космический зонд является результатом сотрудничества трёх организаций; в процессе создания аппарата принимали участие 17 государств. Станция «Кассини» была построена усилиями НАСА. Зонд «Гюйгенс» был создан Европейским космическим агентством. Итальянское космическое агентство сконструировало антенну дальней связи и радарный высотометр (RADAR).

Общие затраты на миссию превышают 3,26 млрд долларов США, что включает в себя 1,4 млрд на предстартовую подготовку, 704 млн на обслуживание, 54 млн на поддержку связи с аппаратом и 422 млн на ракету-носитель. Правительство США выделило 2,6 млрд долларов, Европейское космическое агентство 500 млн и Итальянское космическое агентство 160 млн.

Конструкция комплекса

Станция «Кассини» вместе с зондом «Гюйгенс» в настоящее время являются самым большим функционирующим межпланетным комплексом. Орбитальный аппарат без зонда имеет массу 2150 килограммов. Вместе с Гюйгенсом, имеющим массу 350 килограммов, 3132 килограммами топлива и разгонным блоком, аппарат имеет массу 5600 кг (только три станции за всю историю космических исследований имели большую массу — запущенные СССР зонды «Фобос-1», «Фобос-2» и российская АМС «Марс-96» — однако все они не выполнили возлагавшихся на них задач).

Орбитальный блок «Кассини» несёт 12 научных приборов: радар для построения подробных карт поверхности Титана и спутников, спектрометры различных диапазонов, магнитосферная камера, магнетометр и пр.

Зонд «Гюйгенс» несёт 6 научных инструментов: для определения атмосферной структуры, доплеровский измеритель скорости и сноса, спектральный радиометр, газовый хроматограф/масс-спектрометр, коллектор аэрозолей и пиролизер, Пакет для научного исследования поверхности.

Хроника полёта

Скорость аппарата относительно Солнца.

Траектория

1997

15 октября — старт аппарата (8:43 UTC), с мыса Канаверал (Флорида, США) ракетоносителем Titan 4B/Centaur.

1998

26 апреля — первый манёвр в гравитационном поле Венеры, для набора необходимой скорости.

1999

• 24 июня — второй манёвр в гравитационном поле Венеры.
• 18 августа — (03:28 UTC) манёвр в гравитационном поле Земли (мимо Земли корабль прошел со скоростью 69 тыс. км/час). За час и 20 минут до наибольшего приближения, «Кассини» приблизился на минимальное расстояние к Луне (377 000 км) и сделал серию снимков.

2000

• 23 января — пролёт мимо астероида (2685) Мазурский (10:00 UTC). Кассини сфотографировал астероид с расстояния 1,6 млн км и оценил его диаметр как 15—20 км.
• 30 декабря — гравитационный манёвр в гравитационном поле Юпитера. В этот день “Кассини” приблизился к планете на минимальное расстояние и провёл ряд научных измерений. Также зонд сделал множество цветных изображений Юпитера, наименьшие видимые детали поверхности имеют размер примерно 60 километров в поперечнике.

Юпитер

2001

• 30 мая — во время перелёта от Юпитера к Сатурну, была замечена «дымка» в изображениях узкоугольной камеры Кассини (подобное впервые было отмечено на фотографиях звезды Майя из звёздного скопления Плеяд).

2004

• 11 июня сблизился с Фебой — одной из крупнейших лун Сатурна, добыв доказательства того, что этот спутник может быть замерзшим артефактом времен формирования Солнечной системы (приблизительно четыре миллиарда лет назад).
• 8 октября при близком прохождении возле Титана с помощью инфракрасной камеры был получен снимок образования на Титане, которое по всей видимости является криовулканом. С помощью спектрометра было установлено, что в истекающих потоках не преобладает водяной лёд. По некоторым версиям купол образован прорывом азотного льда на поверхность.
• В ночь с 24 на 25 декабря зонд «Гюйгенс» отделился и начал своё движение к Титану.

2005

14 января зонд Гюйгенс успешно вошёл в атмосферу Титана и совершил мягкую посадку на его поверхность.

Продление миссии

Первое продление

15 апреля 2008 г. NASA объявило о продлении миссии на 2 года (до июля 2010 г.). Старт новой миссии, получившей название «Кассини Равноденствие» (Cassini Equinox Mission), был запланирован на 1 июля 2008 г. Эта миссия включала 60 дополнительных облётов вокруг Сатурна, 26 сближений с Титаном, 7 с Энцеладом, и по одному с Дионой, Реей и Еленой. С научной точки зрения Кассини также предстояло изучить кольца Сатурна, его магнитосферу и саму планету.

Второе продление

3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до сентября 2017 года. Первоначальное название продленной миссии было «Продленная продленная миссия» (extended-extended mission), но затем оно было изменено на «Кассини Солнцестояние» (Cassini Solstice Mission). Продленная миссия включает в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 с Энцеладом.

Первоначально предлагалось несколько вариантов того, что делать с аппаратом после окончания основной миссии:

• перевод аппарата на вытянутую орбиту, где аппарат не столкнётся ни с одним из спутников Сатурна (этот вариант сейчас является наиболее приоритетным);
• направить аппарат в атмосферу Сатурна (как это было сделано с зондом «Галилео», исследовавшем Юпитер). Однако, для выполнения этого манёвра аппарату придётся пройти сквозь кольца планеты, что грозит потерей контроля над ним;
• аппарат можно увести с орбиты Сатурна и направить в другие области Солнечной системы (аппарат предлагают использовать для исследований Урана, Нептуна или каких-либо объектов пояса Койпера);
• также рассматривался вариант вывода аппарата на траекторию столкновения с Меркурием. В этом варианте было бы использовано гравитационное поле Юпитера. Это гипотетическое столкновение произошло бы примерно в 2021 г. на относительной скорости 20 км/с, что позволило бы изучить состав пород этой планеты.

Результаты миссии

Затмение Солнца Сатурном с расстояния 2,2 млн км 15 сентября 2006 (маленькая яркая точка на 10 часов от планеты возле узкого кольца — Земля

Проверка общей теории относительности

10 октября 2003 были объявлены результаты эксперимента по проверке общей теории относительности, проведённые с помощью «Кассини». Наблюдался частотный сдвиг и задержка сигнала, приходящего от аппарата, в то время находившегося по другую сторону от Солнца, в соответствии с предсказаниями теории.

«Спицы» в кольцах Сатурна

Изображения, полученные 5 сентября 2005, изображали «спицы» в кольцах, впервые обнаруженные в 1977 при помощи наземных наблюдений и затем подтверждённые космическими аппаратами “Вояджер” в 1980-x годах. Механизм образования «спиц» всё ещё не ясен.

Новые спутники

Дафнис

1 мая 2005 в щели Килера был обнаружен спутник S/2005 S1, впоследствии получивший название Дафнис ( Daphnis). Это второй спутник Сатурна (после Пана), орбита которого лежит внутри колец.

Пролёт около Фебы

Изображение Фебы

Первые изображения спутника, полученные 12 июня 2004, показали, что спутник мало похож на обычный астероид. Некоторые участки сильно кратерированной поверхности были очень светлыми, предполагается, что под поверхностью находится водяной лёд.

Озёра на Титане

Озёра Титана

13 марта 2007 руководство миссии объявило об обнаружении большого скопления «морей» в северном полушарии Титана. Одно из морей по размерам несколько больше земного Каспийского моря.

Шестиугольный шторм

Гексагональное атмосферное образование на северном полюсе Сатурна

Жизнь на Титане

Кассини-Гюйгенс обнаружили несколько химических аномалий на поверхности Титана.

Под действием солнечных лучей в атмосфере постоянно образуются водород и ацетилен, которые должны были наблюдаться в том числе на поверхности Титана. Однако следов ацетилена на поверхности не обнаружено, а количество водорода близко к поверхности уменьшается, что некоторые специалисты (Chris McKay, NASA’s Ames Research Center in Moffet Field, California; Heather Smith, International Space University in Strasbourg, France) трактуют как косвенные признаки наличия жизни. По их предположениям, на Титане могут существовать формы жизни, отличающиеся от земных, основанные на метане (вместо воды), дышащие водородом и питающиеся ацетиленом. Предположения выдвигались ещё в 2005 году.

Однако менее оптимистичные специалисты (Mark Allen, NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California) склонны рассматривать биологические причины потери водорода и ацетилена в последнюю очередь, в первую очередь будут искаться все возможные небиологические объяснения такого явления. Сам Крис Маккей также признаётся, что результаты исследований открывают «очень необычную и в настоящее время необъяснимую химию… Возможно, не признаки жизни, но очень интересно».

По материалам Wikipedia