Миссия к плутону - новые горизонты

Новые горизонты (New Horizonts) - миссия по исследованию окраин Солнечной системы: Плутона и объектов пояса Койпера. Аппарату предстоит огромный путь в миллиарды километров к самой маленькой и удаленной от Солнца планете, (а с 2008 года и вовсе не планете), - Плутону и его спутнику - Харону.

Области Солнечной системы, близкие к Земле уже достаточно детально исследованы. Автоматизированные аппараты ездят по поверхности Марса, искусственные спутники окружили Меркурий и Венеру, зонды побывали в атмосфере Юпитера и на спутнике Сатурна. Но о том, что находится на окраинах системы, в местах, которых практически не обогревают и не освещают лучи Солнца, и температура стремится к минимальной, мы почти ничего не знаем.
Сегодня у нас даже нет четких фотографий Плутона, и о том, как он на самом деле выглядит мы еще не знаем. Мы не знаем, откуда берутся долгопериодические кометы, не знаем, где граница владений нашего Солнца. Ответы на эти вопросы и должна дать миссия "Новые горизонты".

19 января 2006 года ракета Atlas V оторвалась от стартовой зоны на мысе Канаверал, штат Флорида. В грузовом отсеке находился космический аппарат весом в 478 кг. В качестве источника питания выбран термоэлектрический генератор электроэнергии, использующий в качестве топлива радиоактивный плутоний.
В Апреле 2007 года аппарат пересек орбиту Марса, покинув внутреннюю Солнечную систему. Марс в это время был менее чем на расстоянии в четверть длинны своей орбиты. В июне 2006 "Новые горизонты" пересек орбиту Цереры (карликовой планеты) на, примерно, таком же расстоянии. Дальнейшее движение без разгона невозможно. 28 февраля 2007 года был выполнен гравитационный маневр вблизи Юпитера, увеличивший скорость аппарата.

При этом "Новые горизонты" прошел критично близко к спутнику Юпитера — Ио, и сделал уникальные кадры извержения вулкана на его поверхности. В конце мая 2008 года аппарат пересек орбиту Сатурна на расстоянии трети длинны его орбиты от самого Сатурна.

Плутон-Харон.

Хотя официально Харон считается спутником Плутона, на деле он таковым не является, потому что их центр масс находится за пределами обоих объектов. Таким образом, Плутон-Харон является скорее системой двойной планеты. Уникальное, для нашей системы, явление.
Аппарат проведет исследование обоих объектов спектрографами, а так же передаст первые снимки высокого разрешения на Землю. Человечество впервые увидит, как выглядит Плутон.
Суммарное время нахождения рядом с системой Плутон-Харон составит 9 земных дней.
Станцией будет отснято одно полушарие Плутона и Харона с разрешением около 1 км, второе - за 3,2 суток до сближения с разрешением около 40 км, а области на терминаторе с разрешением до 100 метров. Спектральные съемки будут проведены с разрешением 7 км в инфракрасном диапазоне и 3 км в видимом, карты температуры поверхности составлены с разрешением 50 км.
Послепролетные исследования займут еще 10 недель, а затем около 5 месяцев будет продолжаться передача собранных данных на Землю. Всего за время пролета планируется собрать около 10 Гб научной информации.
После этого АМС направится еще к 1 или 2 астероидам из пояса Койпера. Первая коррекция, обеспечивающая встречу с астероидом, будет выполнена через 14 суток после пролета Плутона по результатам поиска и определения параметров орбиты цели с Земли. Вторую коррекцию аппарат проведет сам по данным навигационных съемок. Для этих коррекций аппарат будет иметь запас скорости около 300 м/с. Миссия аппарата будет завершена весной 2021 г., когда станция достигнет расстояния 50 а.е. от Солнца, или двумя годами позже на отметке 55 а.е., что связано с небольшой мощностью радиоизотопной батареи, в отличие от АМС серии "Вояджер".

На этом основная задача "Новых горизонтов" будет окончена, однако миссия будет продолжаться еще не менее 10 лет. Аппарат отправится дальше, в области, о которых мы практически ничего не знаем. Это пояс Койпера — обитель астероидов и еще одной карликовой планеты Солнечной системы — Эриды. Аппарат отойдет от Солнца на столько далеко, на сколько позволит средство связи с Землей, но и это будет не конец...

• Встреча с соседями.

После 2026 года связь с аппаратом прекратится, однако он продолжит свой путь дальше, за пределы Солнечной системы к другим звездам. Его приборы замерзнут и перестанут работать. У "Новых горизонтов" сотни лет полного одиночества при температуре -232 градуса и абсолютной темноте, но, быть может, когда-нибудь он доберется до другого Солнца. На борту аппарата находится металлическая табличка с именами тысяч жителей нашей планеты, которую, быть может, когда-нибудь будут изучать ученые других цивилизаций...
Имена принимались у всех желающих, подавших заявление в NASA в рамках программы "Your name to Pluto" ("Твое имя на Плутон").

• Прошедшие события:

• январь 2006 года — осуществлена плановая коррекция траектории полёта аппарата для предстоящего выполнения гравитационного маневра около Юпитера. 28 и 30 января были проведены кратковременные включения двух маневровых двигателей зонда, в результате чего скорость аппарата изменилась в общей сложности на 18 м/сек;
• 7 апреля 2006 года — аппарат пересёк орбиту Марса на расстоянии 243 млн км от Солнца, скорость аппарата составляла около 21 км/сек;
• 11 июня 2006 года — аппарат прошёл в 110 тыс. км от небольшого астероида 132524 APL (ранее известного под временным обозначением 2002 JF56), было проведено фотографирование и проверка систем захвата и сопровождения движущейся цели;
• к сентябрю 2006 года проверена работоспособность всех семи научных приборов;
• 28 февраля 2007 года — гравитационный манёвр в окрестностях Юпитера. В 05:43:40 по UTC аппарат приблизился к планете на расстояние 2,305 млн км; получены фотографии планеты и её спутников, сделанные с высоким разрешением;
• 8 июня 2008 года — аппарат пересёк орбиту Сатурна;
• 7 июля — 2 сентября 2009 года — Третья плановая проверка (АСО-3), комплексная проверка началась с выведением станции из режима ожидания 7 июля, в ходе неё было установлено, что бортовая аппаратура функционирует нормально; после проверки «Новые горизонты» снова перешёл в режим гибернации;
• 9 ноября 2009 года — для аппарата проведена серия коррекций траектории, позволяющая обеспечить необходимую ориентацию диаграммы направленности антенны для связи с Землёй;
• 29 декабря 2009 года — зонд пересёк условную границу, которая отмечает половину расстояния от Земли до Плутона;
• 30 июля 2010 года — «Новые горизонты» успешно опробовал на Нептуне и его спутнике Тритоне камеру LORRI с расстояния примерно 23,2 а. е. от Нептуна;
• 18 марта 2011 года — аппарат пересёк орбиту Урана;
• 11 февраля 2012 года — аппарат находился на расстоянии 10 а.е. от Плутона;
• 10 января 2013 года — очередной сеанс связи с аппаратом, прохождение планового цикла проверки оборудования, загрузка обновлённого программного обеспечения.
• октябрь 2013 года — аппарат находиться в 5 а.е. от Плутона;

• Следующая программа:

• май 2014 года — у аппарата будет отключен режим гибернации в целях приведения в готовность всех систем. До этого момента в режиме гибернации аппарат будет пребывать 80% времени полета, остальные рабочие 20% - дистанционные четырехмесячные исследования Юпитера и его спутников, а также обновление прошивок полетного компьютера и тестирование всех систем;
• 25 августа 2014 года — аппарат пересечёт орбиту Нептуна;
• февраль 2015 года — начало наблюдений за Плутоном; не исключено, что потребуется выполнить коррекцию траектории, чтобы избежать столкновения зонда с космическими объектами, расположенными вблизи Плутона (невидимыми пока спутниками, кольцами).
• 5 мая 2015 года — полученные изображения превысят разрешение фотографий, получаемых с космического телескопа Хаббл;
• 14 июля 2015 года — пролёт мимо системы Плутон-Харон, в целом аппарат будет проводить наблюдения всего 9 дней, за которые соберет примерно 4,5 гигабайта информации, также предстоит проверить гипотезу о наличии на Плутоне океана воды (предполагается, что он находится под толщей льда на поверхности планеты);
• в 2016—2020 годах аппарат, возможно, исследует некоторые объекты пояса Койпера;
• 2026 год — ожидаемое окончание миссии.

Строение амс

Станция New Horizons представляет собой небольшой аппарат. Его масса всего 415 кг. Корпус аппарата выполнен в виде несимметричной шестиугольной призмы. На одном из ее оснований установлена остронаправленная антенна диаметром 2,5 м, а на одной из боковых сторон - штанга с радиоизотопным генератором (РИГ), использующим плутоний-238 (российского производства). Радиоизотопный генератор обеспечит мощность во время пролета Плутона в 174 Вт.
Система управления построена на базе проекта АМС Contour. Твердотельное запоминающее устройство обеспечит хранение информации объемом до 16 Гб. Система связи состоит из передатчика и приемника диапазона X и располагает четырьмя антеннами: остронаправленной HGA, малонаправленной MGA и двумя ненаправленными LGA на передней и задней стороне станции. Пропускная способность радиолинии у Плутона с приемом на 70-метровую антенну Сети дальней связи - 768 бит/с.
Двигательная установка АМС включает 12 двигателей ориентации тягой по 0,8 Н и два двигателя тягой по 22 Н для коррекций траектории. Двигатели используют гидразин с вытесняющей подачей топлива.

Научная "начинка"

• PERSI (Pluto Exploration Remote Sensing Investigation) - основной комплекс дистанционного зондирования, включающий в себя оптические приборы для съемки в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах общей массой 10 кг и энергопотреблением 7 Вт. Специалисты Ball выполнили интеграцию в единый комплекс трех приборов:
• MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera) - комплекс из шести камер, четырех мультиспектральных и двух панхроматических, разработанных компанией Ball Aerospace для детальной съемки Плутона и Харона;
• LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array) - ИК-спектрометр Центра космических полетов имени Годдарда NASA со спектральным разрешением 1:280 и 1:580 в диапазонах 1,25-2,5 и 2,10-2,25 мкм для определения состава вещества Плутона и Харона. Прототип прибора LEISA работает на опытном аппарате ДЗЗ EO-1;
• УФ-спектрометр Alice (не расшифровывается - это имя собственное) Юго-Западного исследовательского института для определения состава атмосферы Плутона. Аналогичный прибор был подготовлен для европейской АМС Rosetta;
• LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) - камера высокого разрешения для детальной съемки и съемки с большого расстояния, разработанная в APL;
• SWAP (Solar Wind Analyzer for Pluto) - анализатор космического ветра, Юго-Западного исследовательского института;
• PEPSSI (Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) - спектрометр энергичных частиц от APL, аналогичный поставленному для американской АМС Messenger.
• REX - блок с 2-метровой остронаправленный антенной, предназначенный для зондирования атмосферы Плутона и измерению средней температуры поверхности Плутона и Харона по интенсивности радиосигнала с Земли.
• SDC (Student Dust Counter) - "студенческий счетчик пыли" для измерения концентрации пылевых частиц в поясе Койпера. Формально не входит в состав научной аппаратуры, утвержденный NASA в ноябре 2002 г. Прибор представляет собой веерообразное устройство радиусом 42 см и толщиной 3 мм из алюминиевого сотового материала, покрытого тонкой пленкой и соединенное кабелем с блоком электроники. Регистрация частиц, оценка их масс и скоростей производится по электрическому сигналу, который возникает при ударе. Аппаратура общей массой 1,5 кг разработана четырьмя студентами Университета Колорадо в Боулдере во главе с Джином Холландом (Gene Holland) и имеет статус образовательной полезной нагрузки. Руководители проекта, однако, рассчитывают на ее заметный вклад в результаты полета, так как ни один пылевой детектор не работал далее чем в 18 а.е. от Солнца.
• Аппаратура PERSI и эксперимент REX считаются основными на КА New Horizons, остальные - дополнительными. Для New Horizons удалось собрать значительно более разносторонний и эффективный комплект аппаратуры, чем планировался для первоначальной станции Pluto-Kuiper Express.