Европейское космическое агентство вчера заявило о «полной готовности» миссии BepiColombo, главного космического «долгостроя» Европы, к сборке и отправке в семилетнее путешествие к Меркурию. РИА Новости рассказывает о том, какие задачи будут решать два зонда BepiColombo, и почему их подготовка затянулась на такое долгое время.
«Наше путешествие к Меркурию начнется 5 октября 2018 года, и за последующие семь лет BepiColombo преодолеет примерно 8,9 миллиона километров. Для того чтобы его начать, нам понадобятся сразу три «Руслана» для доставки компонентов миссии на космодром Куру — уже сам этот факт демонстрирует масштабы и сложность миссии. В каком-то смысле наш проект является настоящим «динозавром», — рассказывает Ульрих Райнингхаус (Ulrich Reiningshaus), координатор миссии BepiColombo в ЕКА.
Дорога в пекло
Официально жизнь миссии BepiColombo началась в 2009 году, когда проект по созданию меркурианского зонда был одобрен руководством ЕКА и включен в проект Horizon 2000+, флагманскую научную программу Европейского космического агентства, в рамках которого были созданы телескопы GAIA и LISA Pathfinder.
Изначально запуск BepiColombo был намечен на конец 2014 года, однако непредвиденные технические сложности, с которыми столкнулись специалисты ЕКА, JAXA и их российские и американские партнеры, передвинули его на октябрь 2018 года.
Эти задержки и то, почему путешествие к Меркурию продлится семь долгих лет, объясняется одной простой причиной: до первой планеты Солнечной системы достаточно сложно долететь и еще сложнее выйти на стабильную орбиту вокруг нее.
Как объяснил Райнингхаус, Меркурий вращается очень быстро вокруг светила, и для того, чтобы BepiColombo мог его догнать, зонд должен двигаться с очень высокой скоростью. Если взять космический аппарат и попытаться его запустить к Меркурию по прямой линии от Земли, то тогда он будет двигаться слишком быстро для того, чтобы выйти на стабильную орбиту, не потратив при этом астрономическое количество топлива для торможения.
Ситуация осложняется еще двумя другими вещами: у Меркурия нет атмосферы, которую можно было бы использовать для торможения BepiColombo, а сверхвысокие температуры, действию которых будет подвергаться зонд в окрестностях планеты, будут сильно мешать его работе.
По этой причине BepiColombo будет путешествовать к Меркурию окружным путем — он совершит девять пролетов вокруг трех первых планет внутренней Солнечной системы и использует их притяжение для того, чтобы дополнительно затормозить себя и выйти на оптимальную траекторию сближения с Меркурием.
В общей сложности BepiColombo пролетит мимо Меркурия шесть раз, прежде чем сможет выйти на стабильную орбиту, и потратит на это больше энергии, чем использовал зонд New Horizons во время полета к Плутону.
Сорок «квадратов», 10 киловатт и полтонны ксенона
Райнингхаус не случайно назвал BepiColombo «динозавром»: для решения всех этих проблем инженерам ЕКА и их партнерам пришлось создать гигантский космический аппарат весом в четыре тонны, почти полностью состоящий из уникальных и созданных специально для этой миссии технологий и гаджетов.
Больше половины массы этого четырехтонного космического «динозавра» приходится на его супермощную двигательную установку, MTM, которая состоит из трех ключевых компонентов — гигантского комплекса солнечных батарей площадью в 40 квадратных метров и мощностью в 10 киловатт, двух ионных и химических двигателей, а также бака с 580 литрами ксенона.
Все эти компоненты, по словам руководителя миссии, были разработаны с расчетом на то, что они будут работать в условиях адски высоких температур, превышающих 350 градусов Цельсия. Для этого инженерам ЕКА пришлось фактически с нуля разработать все системы транспортировочного модуля и интегрировать в них многослойную изоляцию, защищающую их от перегрева и разрушения.
К примеру, корпус зонда изготовлен из особого термостойкого и очень дорогого углепластика, а его антенны покрыты особым материалом, отражающим и тепло, и ультрафиолет. Кроме того, солнечные батареи и MTM, и самого зонда MPO будут повернуты к Солнцу почти боком, что будет удерживать их от перегрева и деградации из-за чрезмерно яркого света, а управляющие их движением моторы будут работать на экзотической полусухой смазке, состоящей из наночастиц дисульфида молибдена и жидких фторуглеродов.
В декабре 2025 года, когда BepiColombo прибудет к Меркурию, он разделится на четыре части: двигательная установка будет «отстрелена» в космос, а три других сегмента — европейский зонд MPO, японский зонд MMO и его солнцезащитный экран — продолжат путешествие к Меркурию и выйдут на стабильные орбиты вокруг первой планеты Солнечной системы.
Японская «треть» BepiColombo будет вращаться по вытянутой орбите на большом расстоянии от Меркурия, и поэтому он начнет изучать планету практически сразу после прибытия к ней. Его главными задачами, как рассказал Хадзиме Хаякава (Hajime Hayakawa), научный руководитель миссии, будет изучение тайн магнитного поля Меркурия и то, как устроена его своеобразная «атмосфера», заполненная атомами натрия и некоторых других металлов.
Как надеется Хаякава, MMO сможет найти объяснение одной из главных тайн Меркурия, открытой зондом MESSENGER: то, почему его магнитное поле наклонено сильно в сторону от оси вращения. Ответ на этот вопрос, как считает ученый, крайне важен для понимания того, может ли существовать жизнь в окрестностях планет, вращающихся вокруг красных карликов на таком же близком расстоянии, как и Меркурий вокруг Солнца.
Космическая печь для пиццы
Европейская часть BepiColombo начнет свою научную работу лишь в марте 2026 года, когда он окончательно выйдет на постоянную орбиту вокруг Меркурия. Столь долгий выход на орбиту, как отмечает Йоханнес Бенкхофф (Johannes Benkhoff), научный руководитель миссии, позволит российско-европейскому зонду проработать гораздо дольше, чем его американскому предшественнику, так как ему не придется постоянно тратить топливо на коррекцию орбиты в последующие годы работы.
Главная проблема для выживания MPO, как выражается Бенкхофф, в том, что он будет находиться в своеобразной космической «печи для пиццы», в которой зонд будет подогреваться теплом Солнца и Меркурия с пяти из шести сторон.
Для избавления от этого тепла инженеры ЕКА создали специальный радиатор, на чью долю приходится львиная доля массы европейской трети BepiColombo. Этот радиатор будет постоянно повернут в сторону и от планеты, и от светила, и MPO будет постоянно вращать себя так, чтобы его никогда не освещали источники тепла и света.
Каждые 44 дня, когда Меркурий проходит ровно половину пути по орбите, MPO будет совершать своеобразные сальто для того, чтобы Солнце не начало освещать его систему охлаждения по той причине, что орбита Меркурия наклонена на 7 градусов по отношению к общей плоскости Солнечной системы.
Главной задачей MPO, по словам руководителя проекта, будет поиск следов геологической активности в недрах и на поверхности планеты, а также изучение залежей льда в кратерах на полюсах Меркурия, исследованием которых займется российский гамма-спектрометр MGNS, созданный в лаборатории Игоря Митрофанова в Институте космических исследований РАН в Москве.
«Меркурий — планета тайн и сюрпризов. До 1970-х годов мы считали, что Меркурий должен быть полностью «мертвой» планетой, чье ядро давно остыло, и чьи недра давно перестали проявлять признаки жизни. MESSENGER показал, что это не так, и возник вопрос: почему ядро Меркурия остается жидким, несмотря на небольшие размеры планеты. Мы надеемся, что найдем ответ на этот вопрос», — продолжает Бенкхофф.
В общей сложности, как предполагают ученые, MPO проработает на орбите Меркурия как минимум 3,5 года и получит достаточно много информации о тайнах его недр. Его японский собрат проработает на орбите гораздо меньше времени, и, как шутит Бенкхофф, MPO может поучаствовать в уникальном эксперименте и получить снимки того, как MMO разобьется о поверхность Меркурия.
Оба зонда, как надеются ученые, приблизят нас к пониманию того, как родилась Солнечная система и как формируются планеты за ее пределами.
