Оседлать комету !

Декабрь 2002 года. Отказ двигателя ракетоносителя Ариан-5 отодвинул старт одного из самых смелых проектов по исследованию небесных тел. Уже построенную автоматическую станцию"Розета" поставили на хранение, а инженеры европейского космического агенства засели за расчеты.
Все пришлось начинать с начала, текло время и миллионы евро. И все таки, 2 марта 2004 года "Розета" отправилась на встречу со своей судьбой. Ей предстояло приблизиться к комете и опустить на нее спускаемый аппарат «Филы».
Первооткрыватели кометы профессор Киевского университета Клим Чурюмов и научный сотрудник Института астрофизики Академии наук Таджикистана Светлана Герасименко присутствовали на космодроме, на их глазах началась одна из самых примечательных миссий в исследовании космоса и наверное самая грандиозная в изучении комет.

Кометы -туманные объекты, за которыми тянется газопылевой хвост, они прилетают с самых окраин солнечной системы, из облака Оорта. На сегодняшний день обнаружено более 6000 таких небесных тел попадающих в планетарную область солнечной системы.
Кометы включают в себя:
твердое ядро,- смесь льда и частиц метеорного вещества. Окружающая ядро светлая туманная оболочка чашеобразной формы называется кома. Она состоит из газов и пыли и может тянутся на расстояние от 100 тысяч до 1,4 миллиона километров от ядра. Под действием солнечного ветра из комы образуется хвост кометы слабая светящаяся полоса в большинстве случаев направленная в противоположную от солнца сторону. Хвост кометы хоть и состоит из сильно разреженного вещества хорошо заметен благодаря свечению ионизированного ультрафиолетовыми лучами газа, а также рассеиванию солнечного света пылинками.

Названия периодически появляющимся кометам вначале давали честь учёных, вычисливших их орбиты. пример широко известная комета Галея. Но с развитием астрономии обнаружений стало слишком много и собственное имя комете стали давать только после того, как её обнаружат три независимых наблюдателя, а так как в коллективе обслуживающем обсерватории наблюдателей гораздо больше 3-х то их имена заменили названием инструментов с которых производили наблюдение. В 1994 году Международный астрономический союз одобрил новую систему обозначений комет. Сейчас в название кометы входит год открытия, буква, обозначающая половину месяца, в котором произошло открытие, и номер открытия в этой половине месяца. Например четвёртая комета, открытая во второй половине февраля 2006 года, получает обозначение 2006 D4.
Чтобы сразу стала понятна природа кометы Перед ее названием ставят префикс обозначающий
• P/ — короткопериодическая комета (то есть комета, чей период меньше 200 лет, или которая наблюдалась в двух или более прохождениях перигелия);
• C/ — долгопериодическая комета;
• X/ — комета, достоверную орбиту для которой не удалось вычислить (обычно для исторических комет);
• D/ — кометы разрушились или были потеряны;
• A/ — объекты, которые были ошибочно приняты за кометы, но реально оказавшиеся астероидами.

Интерес к изучению комет повысился после проведения в начале 20-го века спектроскопических наблюдений кометы Галлея которые выявили присутствие ряда молекул - моноксида углерода, циана и водорода. В 1910 году земля должна была пройти через ее хвост и падкие на сенсации журналюшки, поддержанные сторонниками апокалипсиса подняли панику объявив, что атмосфера нашей планеты будет отравлена ядовитыми угарным газом и синильной кислотой.
Серьезные же ученые продолжили работы по идентификации молекул в спектрах кометы. Им удалось открыть линии простейшей органической молекулы - CH, ион-радикалов CH+ и OH+, а также ионизированных молекул углекислого газа CO2.
На основании этого была выдвинута теория что кометы принесли жизнь на землю. Она была очень популярна. И поэтому при возвращении кометы Галлея в 1986 году ее встречал целый флот космических аппаратов: советские «Вега-1 и Вега-2», японские «Суисеи» и «Сакигаке» и европейский «Джотто».

Разработанные в НПО имени Лавочкина в кооперации с учеными девяти стран аппараты Вега предназначались для изучения Венеры и кометы Галлея отсюда и название.
Общая масса станции в полностью снаряжённом состоянии составляла 4920 кг. Станции серии «Вега» состояли из двух частей — пролётного аппарата массой 3170 кг и спускаемого аппарата массой 1750 кг. Полезной нагрузкой спускаемого аппарата являлись посадочный аппарат массой 680 кг и аэростатный атмосферный зонд, масса которого вместе с парашютами и системой наполнения гелием не превышала 120 кг. Атмосферный аэростатный зонд был нужен для трансляции данных с посадочного аппарата через атмосферу Венеры.
Оснащение аппаратов Вега исследовательскими приборами впечатляло.

Первый и второй аппараты были запущены 15 и 21 декабря 1984 года соответственно с помощью ракетоносителей «Протон».
Через шесть месяцев полета Веги сблизились с Венерой где успешно отработали свою научную программу после чего, значительно полегчав, направились к комете Галлея.
Тут были свои сложности -«Веги» и комета Галлея двигались на встречных курсах, и скорость сближения превышала 70 км/с. Если бы аппараты опоздали хотя бы на час, то отклонение при сближении составило бы порядка 100 тыс. км. Трудность состояла ещё и в том, что заранее невозможно было рассчитать траекторию движения кометы с необходимой точностью. Но специально созданная при участие 22 астрономических учреждений программа помогла корректировать курс аппаратов. И не только своих -. Благодаря информации, полученной от «Вег», удалось более точно подвести к комете европейский аппарат «Джотто»
6 и 9 марта 1986 года «Веги» прошли на расстоянии 8890 и 8030 км от ядра кометы.
Они передали около 1500 снимков внутренних областей кометы Галлея, в том числе около 70 изображений её ядра, информацию о пылевой обстановке внутри кометы, характеристиках плазмы, обнаружили наличие сложных органических молекул, измерили темп испарения льдов (40 тонн в секунду в момент пролёта «Вег») и другие данные. Изображения ядра кометы были получены впервые в истории.
Последний сеанс связи со станцией «Вега-2», проведен 24 марта 1987 года. Сейчас отработавшие свое Веги находятся на гелиоцентрической орбите.

В отличии от многозадачных "Вег" европейскую автоматическую межпланетную станцию "Джотто" запустили именно с целью изучения кометы Галлея. Художник эпохи Возрождения Джотто ди Бондоне, изобразил на фреске «Поклонение волхвов» комету Галлея за, что его именем и названа направленная к комете станция.
Масса аппарата составляла 960 кг, мощность установленного на нем источника питания 196 Вт.
"Джотто" оснащался необходимым набором научных приборов предназначенных для изучения кометы -

Аппарат пролетел всего в 596 км от ядра кометы. Такой близкий полет не прошел ему даром столкновения с частицами кометы вывели из строя фотокамеру.
По полученным с «Джотто» данным было определено, что ядро кометы Галлея имеет неправильную форму и размеры примерно 15х8х8 километров. Также данные позволили предположить, что ядро покрыто «пылевой корой», неожиданностью оказались очень тёмный цвет коры (альбедо 2—4 %, ниже чем у угля) и её высокая температура. После пролета своей основной цели аппарат аппарат был на время дезактивированн и возвращен к жизни в апреле 1990 года для выполнения нового задания встречи с кометой Григга-Скьеллерупа. Эту цель он обследовал с еще более близкого расстояния около 200 километров получив много научных данных, а затем снова был отключен.

Выбирая имена для своих межпланетных станций японский институт космических исследований и астронавтики проявил не слишком много фантазии так первый созданный ими аппарат назвали "Сакигакэ" -пионер, а его слегка отличавшийся составом оборудования двойник предназначенный для изучения комет именовался "Суйсэй" что переводится как комета.
Станции весили около 138 кг и питались от источника в 100Ват,
Первенец "Сакигакэ" не оснащался фотооборудованием зато нес на борту датчики ионов солнечного ветра (SOW) и плазменных волн (PWP). На "Суйсей" была установлена ультрафиолетовая камера. С ноября 1985 года аппарат начал производить наблюдения за кометой в ультрафиолетовой части спектра делая 6 изображений в день. 8 марта 1986 года "Суйсэй" пролетел на расстоянии 151 тыс. км от ядра кометы.
20 августа 1992 года аппарат пролетел на расстоянии 60 тыс. км от Земли, совершив гравитационный манёвр. От планов достичь комету 21P/Джакобини — Циннера пришлось отказаться, так как 22 февраля 1991 года у аппарата кончилось топливо. После этого он остался на гелиоцентрической орбите и продолжал использоваться пока был работоспособен.

Результат исследований кометы Галлея всей этой армадой космических аппаратов был не утешительным для сторонников теории панспермии . - Был обнаружен целый ряд молекул, в том числе формальдегид (CH2O), метан (CH4), аммиак (NH3), но ничего хотя бы отдаленно похожего на следы жизни или сложной органики.

В исследовании комет есть один нюанс, старые много раз сближавшиеся с солнцем кометы потеряли большую часть летучих веществ из своего запаса, а значит определять по ним изначальный состав не совсем верно. Поэтому очень важной для науки миссией стало исследование кометы Вильда-2, которая за всю свою жизнь сближалась с Солнцем только 5 раз.
7 февраля 1999 года с мыса Канаверал к комете Вильда-2 стартовал космический аппарат «Stardust". Целью полета были сбор и доставка на землю образцов кометной пыли. Это уникальная по сложности задача, мало того, что на такое расстояние возвращаемые аппараты еще не летали, так еще и работать предстояло среди летящих со скоростью пули кометных частиц, для защиты от которых Стардаст оборудовали противометеоритной защитой ,выполненной в виде так называемых щитов Уиппла.

2 января 2004 года, преодолев 3,2 миллиарда километров, космический аппарат вошел в газопылевое облако - кому, окружающую ядро кометы Вильда-2. Получив более десятка пробоин верхнего слоя защиты «Стардаст» прошел в 236 километрах от ядра и собрал в заполненный аэрогелем коллектор более тысячи частиц. А 15 января 2006 года капсула с бесценными образцами совершила мягкую посадку на полигоне в штате Юта. Это была первая полностью успешная доставка внеземного вещества космическим аппаратом после того, как в 1969-1976 годах американские корабли «Аполлон» и советские станции «Луна» привезли на Землю лунный грунт.
Результаты изучения кометного вещества оказались неожиданными для ученых, -по составу вещество кометы Вильда-2 сходно с рыхлыми углистыми хондритами - метеоритами, а значит традиционное представление о кометах, как об огромных «грязных снежках», требует уточнения.

В задание взлетевшего 12 января 2005 года для изучения кометы Темпеля1 космического аппарата НАСА "Дип Импакт" входил прямой контакт с ядром. Для этой цели его выполнили двухсекционным. Секция «Flyby» «Облёт» состояла из корпуса, двигательной установки, двух солнечных батарей, противопыльного экрана, пары телескопов оптической навигации и нескольких научных инструментов, в том числе фотокамеры высокого и среднего разрешения. Вторая секция «Smart Impactor» это фактически оборудованный камерой 370 килограммовый медный снаряд, предназначенный для столкновения с ядром кометы.

В то время когда американский "Дип Импакт" так грубо обошелся с кометой Темпеля, предназначенный для гораздо более деликатной миссии аппарат европейского космического агенства "Розета" с которого я начал свой рассказ уже шел к своей цели.
Название зонда происходит от знаменитого Розеттского камня —древней плиты с выбитыми на ней тремя идентичными по смыслу текстами, два из которых написаны на древнеегипетском ,а третий на древнегреческом языке.
Предназначенный для посадки на комету спускаемый аппарат назван в честь острова Филы на реке Нил был найден обелиск с иероглифической надписью, упоминающей царя Птолемея VIII и царицу Клеопатру. Дело в том что благодаря этим камням удалось получить ключ к древнеегипетским иероглифам. Так и создатели станции "Розета" надеялись открыть тайны кометы с помощью своих аппаратов.

Зонд имеет массу 3000 кг значительная часть которой приходилась на топливо для 24 двухкомпонентных ЖРД, составляющих главную двигательную установку. Питание бортовых систем осуществляется от двух солнечных батарей общей площадью 64 м²и мощностью 1500 Вт .

Масса спускаемого аппарата — 100 кг, при этом он несет около 27 кг научного оборудования. Филы оснащен: масс-спектрометром, пиролизером и газовым хроматографом. Это дает возможность получить представление о структурных, морфологических, микробиологических и других свойств ядра кометы.

Траектория полёта «Розетты» была основана на принципе «гравитационного маневра» .Вначале аппарат двинулся к Солнцу и, обогнув его, вновь вернулся к Земле, откуда двинулся навстречу Марсу. Обогнув Марс, аппарат вновь сблизился с Землей и затем снова вышел за орбиту Марса. К этому моменту комета находилась за Солнцем и ближе к нему, чем «Rosetta». Новое сближение с Землей направило аппарат в направлении кометы, которая в этот момент направлялась от Солнца вовне Солнечной системы. В конце концов «Rosetta» сблизилась с кометой с требуемой скоростью. Столь сложная траектория позволила снизить расход топлива за счет использования гравитационных полей Солнца, Земли и Марса
После 10ти лет космических странствий "Розета" вышла на орбиту кометы Чурюмова-Герасименко, а 12 ноября 2014 года спускаемый аппарат "Филы" совершил посадку на поверхность ее ядра. Не все прошло гладко, Посадка модуля осложнялась отказом ракетного двигателя, прижимающего аппарат к грунту, что повысило риск отскока от кометы. Кроме того, не сработали гарпуны, которые должны были закрепить «Филы» на поверхности. «Филы» дважды отскакивал от кометы в итоге окончательное третье приземление произошло в незапланированном месте.

Тем не менее, спускаемый аппарат начал работу и уже 14 ноября выполнил свои основные научные задачи и передал через «Розетту» на Землю результаты.
15 ноября «Филы» переключился в режим энергосбережения, а 9 июля 2015 года связь с ним прекратилась из-за исчерпания запасов энергии в аккумуляторах. Солнечные батареи не могли выработать достаточное количество электроэнергии для подзарядки, так как аппарат прикометился в тени. Снимки сделанные "Розетой" 2 сентября 2016 года показали, что Филы лежит на боку в темной трещине .
30 сентября 2016 года — зонд «Розетта» совершил контролируемую жесткую (на скорости 3 км/ч) посадку на поверхность кометы Во время снижения, которое продолжалось 14 часов, аппарат передавал на Землю фотографии и результаты анализов газовых потоков. Так завершилась самая успешная миссия по иследованию комет длившаяся более 12 лет и стоившая 1,4 млрд евро.

Результатом работы стала масса новых данных о природе и составе комет, на их основе были подвергнуты сомнению старые научные предположения. Например зафиксированное во льду кометы более высокое по сравнению с земными океанами содержание тяжёлой воды противоречит принятой теории, что вода на Земле имеет кометное происхождение. Полученные ответы рождают новые вопросы и теории, но изучение космоса расширяет наш кругозор и открывает нам тайны мироздания и конца этому не предвидится, ведь человеческая тяга к знаниям так же велика как сама вселенная.