Исследования космическими аппаратами объектов Солнечной системы: Юпитер
Следующая часть небольшого дайджеста, посвященного истории изучения Солнечной системы (я уже писао про Меркурий и Венеру, Луну, Марс, астероиды, кометы). Сегодня речь пойдет о Юпитере.
Гипотетические юпитерианцы вполне могли бы сказать, что Солнечная система состоит из собственно говоря, Солнца, Юпитера и кучки прочего мусора. И такой взгляд вполне мог бы иметь право на жизнь - вес Юпитера более чем в два раза превосходит вес всех остальных планет вместе взятых, и к тому же он обладает крупнейшей коллекцией из 67 открытых к настоящему моменту спутников. Можно сказать, что данный газовый гигант представляет собой Солнечную систему в миниатюре.
Первыми земными посланцами, направленными к Юпитеру, были “Пионер-10” и “Пионер-11”. Запущенные в 1972 и 1973 году, менее чем за два года они преодолели расстояние до своей цели. Слово “пионер” как нельзя лучше отражало характер их миссии, ибо им предстояло впервые пересечь пояс астероидов, характеристики которого тогда еще были не слишком хорошо известны, а затем пройти на минимальном расстоянии от газового гиганта.
“Пионеры” выполнили свою задачу, но при этом столкнулись с рядом трудностей. Самым большим вызовом для них безусловно стала юпитерианская радиация. В отличии от всех последующих миссий, “Пионеры” пролетели очень близко от Юпитера (соответственно 130 000 и 40 000 километров от края его облаков), и прошли прямиком через радиационные пояса, где подверглись колоссальным дозам радиации, которые более чем в 10 000 раз превысили уровень излучения в радиационных поясках Земли.
Стоит сказать, что инженеры создавшие “Пионеры”, не ожидали что уровень излучения окажется таким сильным. В результате, из-за радиации аппаратура аппаратов начала генерировать ложные команды, связь несколько раз прерывалась, кроме того были потеряны все снимки Ио и часть снимков Юпитера. Тем не менее, обоим "Пионерам" все же удалось пережить это сближение и передать на Землю первую информацию о планете, а также сделать несколько фото Ганимеда и Европы. По сегодняшним меркам, эти снимки не особо впечатляют - но на начало 70-х это были самые детальные из имевшихся изображений газового гиганта и его спутников.
Ганимед на снимках "Пионеров"
Следующими были “Вояджеры”, которые воспользовались выпадающей раз в 175 лет возможностью, когда все внешние планеты Солнечной системы выстраиваются в подобие гигантской дуги, что позволяет одним заходом посетить их все. Инженеры NASA учли опыт “Пионеров” по преодолению радиационных поясов Юпитера и куда лучше защитили аппаратуру аппаратов, а также рассчитали траекторию таким образом, чтобы зонды по возможности избежали прохождение областей с наибольшими дозами облучения.
В результате, эта миссия прошла куда более гладко. “Вояджеры” совершили массу открытий, обнаружив кольцо Юпитера, найдя ряд его новых спутников и переслав детальные изображения его атмосферы.
Но все же самым неожиданным открытием, по признанию руководителя программы “Вояджер” Эдда Стоуна, стал вулканизм Ио, недра которого как оказалось буквально расплавлены из-за его приливных взаимодействий с Юпитером и другими спутниками. В результате непрекращающихся извержений, поверхность Ио постоянно обновляется и на ней практически нет кратеров. Сам же спутник является важнейшей частью магнитосферы Юпитера. Уровень излучения на его поверхности таков, что человек получит смертельную дозу радиации менее чем за 4 часа.
Кольцо Юпитера (цвета искуственные)
Вследствие своего расположения, Юпитер “обязателен” для посещения всеми миссиями, направляющимися во внешние части Солнечной системы - гравитационный маневр у него позволяет добрать необходимую для продолжения полета скорость. Таким образом, планету в 2000 году посетил аппарат “Кассини”, а в 2007 “Новые горизонты” - он пока что является последним земным посланцев, бывавшим в окрестностях Юпитера.
Надо упомянуть и зонд “Улисс” - в отличии от “Кассини” и “Горизонтов”, он не собирался в дальние края, но инженеры использовал гравитацию Юпитера, чтобы перевести “Улисс” на полярную орбиту вокруг Солнца. Зонд пролетал вблизи газового гиганта в 1992 и 2000 году.
Единственным аппаратом, оставшимся в гостях у Юпитера на сегодня является “Галилео” - миссия с многострадальной судьбой, которая тем не менее обогатила нас массой знаний о планете и ее лунах. Первоначально, “Галилео” должен был быть выведен на орбиту шаттлом в 1986 году, после чего используя разгонный блок “Кентавр-G” направиться прямиком на встречу с Юпитером. Однако из-за катастрофы “Челленджера”, полеты шаттлов прекратились на три года. Более того, новые протоколы безопасности запретили использование на них таких разгонных блоков и прямой полет стал невозможен. В результате, чтобы набрать нужную скорость, инженерам пришлось придумать схему из сложных гравитационных маневров возле Венеры и Земли. В итоге, полет “Галилео” начался в 1989 году и занял пять, вместо запланированных двух лет.
Но это было только начало проблем - из-за изменения первоначальной траектории аппарату потребовалась дополнительная солнцезащита. Кроме того, поскольку вблизи Солнца “Галилео” должен был быть повернут определённым образом, чтобы находиться в тени солнцезащиты, то использование основной антенны было невозможно. Поэтому было решено не раскрывать её, пока аппарат не отойдёт от Солнца на безопасное расстояние, а для поддержания связи была установлена дополнительная антенна (маломощная).
В итоге, основная антенна так и не раскрылась - как оказалось позже, за 4.5 года хранения аппарата в ангаре, никто так и не удосужился заново смазать разворачивающиеся спицы антенны. В результате, после многочисленных попыток исправить положение, NASA ничего не оставалось, как смириться с тем, что “Галилео” придется использовать исключительно дополнительную антенну. Проблема состояла в том, что она обеспечивала передачу данных с ошеломительной скоростью 8-16 бит в секунду, в то время как основная антенна была рассчитана на 134 килобита в секунду. Ценой использования более мощных антенн на Земле и создания новых протоколов сжатия информации, скорость удалось повысить до 1000 бит в секунду что было конечно лучше чем начальные 16 бит - но все равно, данные передавались очень и очень долго.
Столкновение обломков Шумейкер-Леви 9 с Юпитером глазами "Галилео"
В системе Юпитера аппарат тоже столкнулся с массой сложностей, главным образом из-за все той же радиации. Буквально через неделю после прибытия начались проблемы с ленточным устройством хранения информации: часть ленты оказалась повреждена и инженерам пришлось ограничить ее использования только неповрежденными секторами. Из-за этого, была потеряна часть уже собранной информации.
Европа
За последующие годы работы, “Галилео” неоднократно входил в безопасный режим. Несколько раз аппарат терял часть данных. Кроме того, вездесущее излучение создавало помехи для его аппаратуры, вызывая аномалии в ее работе, а также периодические отказы гироскопов.
На борту Галилео находился зонд для исследования атмосферы Юпитера. Для его торможения, инженеры применили крайне экстремальную схему - он просто врезался в атмосферу Юпитера, за две минуты снизив скорость с 47 километров в секунду до дозвуковой, испытав в процессе перегрузку в 230 g. Основной удар принял на себя 150 килограммовый щит, который хоть и потерял половину своей массы, но защитил аппарат. Затем остатки щита были сброшены и был выпущен парашют, с помощью которого зонд погрузился на 130 километров вглубь атмосферы газового гиганта, передавая в течении часа данных о составе его атмосферы и скорости ветра, которые во многом не совпали с ожидаемыми результатами.
Самое интересное выяснилось позже. Как показал последующий анализ телеметрии, акселерометр спускаемого аппарата, который должен был дать команду на выпуск парашюта, вероятнее всего был установлен в неправильном положении и в принципе не должен был сработать. То, что парашют все же был выпущен и спускаемый аппарат выполнил свое задание, оказалось чистым везением.
Но, несмотря на все это, при номинальном сроке работы миссии в 2 года, “Галилео” продержался целых 7, мужественно преодолевая многочисленные трудности и передавая информацию о Юпитере, и самое главное, его спутниках. Мы увидели фотографии столкновения кометы Шумейкер-Леви 9 с Юпитером и вызванные им последствия, подробно рассмотрели поверхность его спутников, узнали о существовании в недрах Европы подледного океана, рассмотрели как потоки лавы буквально на глазах меняют поверхность Ио….
Снова Ганимед, но уже в куда более хорошем качестве
В 2002 году “Галилео” выработал последние остатки топлива, после чего был направлен на столкновение с Юпитером. Следующей аппаратом, посетившим Юпитер, станет миссия “Юнона”. Она выйдет на орбиту газового гиганта в 2016 году и ее отличительной особенностью станет то, что энергоснабжение аппарата будет осуществляться не за счет радиоизотопных генераторов, а впервые за счет солнечных батарей.
Основная цель миссии это изучение магнитного поля планеты, проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра., а также исследование атмосферы планеты и построение карты ветров. Тем не менее, на “Юнону” все же установили камеру, которая позволит сделать первые в истории снимки полюсов Юпитера. Предполагается, что ресурса камеры хватит на 7 витков, прежде чем радиацию Юпитера убьет ее. Сама же миссия рассчитана на 33 витка вокруг Юпитера, который займут примерно год, после чего станция будет сведена с орбиты. Впрочем, если электроника аппарата хорошо покажет себя, возможно ее и продлят на какой-то срок.
К сожалению, цели “Юноны” ограничены лишь исследованием самого Юпитера и не включает в себя пролеты его спутников - аппарат будет выведен на полярную орбиту, приближаясь к планете на расстояние всего 4300 километров в перицентре, а затем удаляясь на 2.8 миллионов километров в апоцентре орбиты, чтобы минимизировать влияние на технику магнитосферы Юпитера.
Слева направо: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Так что, очевидно пройдет еще немало времени, прежде чем мы дождемся миссии, целью которой будет непосредственное изучение спутников Юпитера. Самым интересным кандидатом безусловно является Европа, впрочем нельзя забывать и про Ганимед, где как считается тоже есть океан, да и Каллисто тоже может преподнести свои сюрпризы. В настоящее время существует несколько проектов по изучению этих спутников, но ни один из них пока что не утвержден официально. Остается лишь надеятся, что в будущем эта ситуация изменится.
Гипотетические юпитерианцы вполне могли бы сказать, что Солнечная система состоит из собственно говоря, Солнца, Юпитера и кучки прочего мусора. И такой взгляд вполне мог бы иметь право на жизнь - вес Юпитера более чем в два раза превосходит вес всех остальных планет вместе взятых, и к тому же он обладает крупнейшей коллекцией из 67 открытых к настоящему моменту спутников. Можно сказать, что данный газовый гигант представляет собой Солнечную систему в миниатюре.
Первыми земными посланцами, направленными к Юпитеру, были “Пионер-10” и “Пионер-11”. Запущенные в 1972 и 1973 году, менее чем за два года они преодолели расстояние до своей цели. Слово “пионер” как нельзя лучше отражало характер их миссии, ибо им предстояло впервые пересечь пояс астероидов, характеристики которого тогда еще были не слишком хорошо известны, а затем пройти на минимальном расстоянии от газового гиганта.
“Пионеры” выполнили свою задачу, но при этом столкнулись с рядом трудностей. Самым большим вызовом для них безусловно стала юпитерианская радиация. В отличии от всех последующих миссий, “Пионеры” пролетели очень близко от Юпитера (соответственно 130 000 и 40 000 километров от края его облаков), и прошли прямиком через радиационные пояса, где подверглись колоссальным дозам радиации, которые более чем в 10 000 раз превысили уровень излучения в радиационных поясках Земли.
Стоит сказать, что инженеры создавшие “Пионеры”, не ожидали что уровень излучения окажется таким сильным. В результате, из-за радиации аппаратура аппаратов начала генерировать ложные команды, связь несколько раз прерывалась, кроме того были потеряны все снимки Ио и часть снимков Юпитера. Тем не менее, обоим "Пионерам" все же удалось пережить это сближение и передать на Землю первую информацию о планете, а также сделать несколько фото Ганимеда и Европы. По сегодняшним меркам, эти снимки не особо впечатляют - но на начало 70-х это были самые детальные из имевшихся изображений газового гиганта и его спутников.
Ганимед на снимках "Пионеров"
Следующими были “Вояджеры”, которые воспользовались выпадающей раз в 175 лет возможностью, когда все внешние планеты Солнечной системы выстраиваются в подобие гигантской дуги, что позволяет одним заходом посетить их все. Инженеры NASA учли опыт “Пионеров” по преодолению радиационных поясов Юпитера и куда лучше защитили аппаратуру аппаратов, а также рассчитали траекторию таким образом, чтобы зонды по возможности избежали прохождение областей с наибольшими дозами облучения.
В результате, эта миссия прошла куда более гладко. “Вояджеры” совершили массу открытий, обнаружив кольцо Юпитера, найдя ряд его новых спутников и переслав детальные изображения его атмосферы.
Click to viewНо все же самым неожиданным открытием, по признанию руководителя программы “Вояджер” Эдда Стоуна, стал вулканизм Ио, недра которого как оказалось буквально расплавлены из-за его приливных взаимодействий с Юпитером и другими спутниками. В результате непрекращающихся извержений, поверхность Ио постоянно обновляется и на ней практически нет кратеров. Сам же спутник является важнейшей частью магнитосферы Юпитера. Уровень излучения на его поверхности таков, что человек получит смертельную дозу радиации менее чем за 4 часа.
Кольцо Юпитера (цвета искуственные)
Вследствие своего расположения, Юпитер “обязателен” для посещения всеми миссиями, направляющимися во внешние части Солнечной системы - гравитационный маневр у него позволяет добрать необходимую для продолжения полета скорость. Таким образом, планету в 2000 году посетил аппарат “Кассини”, а в 2007 “Новые горизонты” - он пока что является последним земным посланцев, бывавшим в окрестностях Юпитера.
Надо упомянуть и зонд “Улисс” - в отличии от “Кассини” и “Горизонтов”, он не собирался в дальние края, но инженеры использовал гравитацию Юпитера, чтобы перевести “Улисс” на полярную орбиту вокруг Солнца. Зонд пролетал вблизи газового гиганта в 1992 и 2000 году.
Единственным аппаратом, оставшимся в гостях у Юпитера на сегодня является “Галилео” - миссия с многострадальной судьбой, которая тем не менее обогатила нас массой знаний о планете и ее лунах. Первоначально, “Галилео” должен был быть выведен на орбиту шаттлом в 1986 году, после чего используя разгонный блок “Кентавр-G” направиться прямиком на встречу с Юпитером. Однако из-за катастрофы “Челленджера”, полеты шаттлов прекратились на три года. Более того, новые протоколы безопасности запретили использование на них таких разгонных блоков и прямой полет стал невозможен. В результате, чтобы набрать нужную скорость, инженерам пришлось придумать схему из сложных гравитационных маневров возле Венеры и Земли. В итоге, полет “Галилео” начался в 1989 году и занял пять, вместо запланированных двух лет.
Но это было только начало проблем - из-за изменения первоначальной траектории аппарату потребовалась дополнительная солнцезащита. Кроме того, поскольку вблизи Солнца “Галилео” должен был быть повернут определённым образом, чтобы находиться в тени солнцезащиты, то использование основной антенны было невозможно. Поэтому было решено не раскрывать её, пока аппарат не отойдёт от Солнца на безопасное расстояние, а для поддержания связи была установлена дополнительная антенна (маломощная).
В итоге, основная антенна так и не раскрылась - как оказалось позже, за 4.5 года хранения аппарата в ангаре, никто так и не удосужился заново смазать разворачивающиеся спицы антенны. В результате, после многочисленных попыток исправить положение, NASA ничего не оставалось, как смириться с тем, что “Галилео” придется использовать исключительно дополнительную антенну. Проблема состояла в том, что она обеспечивала передачу данных с ошеломительной скоростью 8-16 бит в секунду, в то время как основная антенна была рассчитана на 134 килобита в секунду. Ценой использования более мощных антенн на Земле и создания новых протоколов сжатия информации, скорость удалось повысить до 1000 бит в секунду что было конечно лучше чем начальные 16 бит - но все равно, данные передавались очень и очень долго.
Столкновение обломков Шумейкер-Леви 9 с Юпитером глазами "Галилео"
В системе Юпитера аппарат тоже столкнулся с массой сложностей, главным образом из-за все той же радиации. Буквально через неделю после прибытия начались проблемы с ленточным устройством хранения информации: часть ленты оказалась повреждена и инженерам пришлось ограничить ее использования только неповрежденными секторами. Из-за этого, была потеряна часть уже собранной информации.
Европа
За последующие годы работы, “Галилео” неоднократно входил в безопасный режим. Несколько раз аппарат терял часть данных. Кроме того, вездесущее излучение создавало помехи для его аппаратуры, вызывая аномалии в ее работе, а также периодические отказы гироскопов.
На борту Галилео находился зонд для исследования атмосферы Юпитера. Для его торможения, инженеры применили крайне экстремальную схему - он просто врезался в атмосферу Юпитера, за две минуты снизив скорость с 47 километров в секунду до дозвуковой, испытав в процессе перегрузку в 230 g. Основной удар принял на себя 150 килограммовый щит, который хоть и потерял половину своей массы, но защитил аппарат. Затем остатки щита были сброшены и был выпущен парашют, с помощью которого зонд погрузился на 130 километров вглубь атмосферы газового гиганта, передавая в течении часа данных о составе его атмосферы и скорости ветра, которые во многом не совпали с ожидаемыми результатами.
Самое интересное выяснилось позже. Как показал последующий анализ телеметрии, акселерометр спускаемого аппарата, который должен был дать команду на выпуск парашюта, вероятнее всего был установлен в неправильном положении и в принципе не должен был сработать. То, что парашют все же был выпущен и спускаемый аппарат выполнил свое задание, оказалось чистым везением.
Но, несмотря на все это, при номинальном сроке работы миссии в 2 года, “Галилео” продержался целых 7, мужественно преодолевая многочисленные трудности и передавая информацию о Юпитере, и самое главное, его спутниках. Мы увидели фотографии столкновения кометы Шумейкер-Леви 9 с Юпитером и вызванные им последствия, подробно рассмотрели поверхность его спутников, узнали о существовании в недрах Европы подледного океана, рассмотрели как потоки лавы буквально на глазах меняют поверхность Ио….
Снова Ганимед, но уже в куда более хорошем качестве
В 2002 году “Галилео” выработал последние остатки топлива, после чего был направлен на столкновение с Юпитером. Следующей аппаратом, посетившим Юпитер, станет миссия “Юнона”. Она выйдет на орбиту газового гиганта в 2016 году и ее отличительной особенностью станет то, что энергоснабжение аппарата будет осуществляться не за счет радиоизотопных генераторов, а впервые за счет солнечных батарей.
Основная цель миссии это изучение магнитного поля планеты, проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра., а также исследование атмосферы планеты и построение карты ветров. Тем не менее, на “Юнону” все же установили камеру, которая позволит сделать первые в истории снимки полюсов Юпитера. Предполагается, что ресурса камеры хватит на 7 витков, прежде чем радиацию Юпитера убьет ее. Сама же миссия рассчитана на 33 витка вокруг Юпитера, который займут примерно год, после чего станция будет сведена с орбиты. Впрочем, если электроника аппарата хорошо покажет себя, возможно ее и продлят на какой-то срок.
К сожалению, цели “Юноны” ограничены лишь исследованием самого Юпитера и не включает в себя пролеты его спутников - аппарат будет выведен на полярную орбиту, приближаясь к планете на расстояние всего 4300 километров в перицентре, а затем удаляясь на 2.8 миллионов километров в апоцентре орбиты, чтобы минимизировать влияние на технику магнитосферы Юпитера.
Слева направо: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Так что, очевидно пройдет еще немало времени, прежде чем мы дождемся миссии, целью которой будет непосредственное изучение спутников Юпитера. Самым интересным кандидатом безусловно является Европа, впрочем нельзя забывать и про Ганимед, где как считается тоже есть океан, да и Каллисто тоже может преподнести свои сюрпризы. В настоящее время существует несколько проектов по изучению этих спутников, но ни один из них пока что не утвержден официально. Остается лишь надеятся, что в будущем эта ситуация изменится.