Песчинки с неба

в 4:16, , рубрики: OSIRIS-REx, история космонавтики, космонавтика, Научно-популярное, ЦКА

Песчинки с неба - 1

В ночь на 9 сентября, в 2:05 МСК, к астероиду (101955) Бенну стартовал космический аппарат OSIRIS-REx. Его ждет долгая дорога — прибытие к астероиду ожидается в 2018, а возвращение образцов на Землю — в 2023. Миссии с возвратом образцов встречаются не очень часто, самое время вспомнить, какие аппараты привозили нам песчинки других миров.

Парадоксальная халява

Забавно, но, чтобы добыть кусочек Луны, Марса или астероида, необязательно отправляться в космос. В Солнечной системе происходили достаточно серьезные столкновения, чтобы кусок, например, Марса, оказался выброшен в космос. Каким-то таким кускам повезло (или нет), и они, после долгого полета, упали на Землю, став метеоритами. Если такому метеориту особенно повезло, то он упал в местности, где можно спокойно лежать тысячелетиями — в Антарктиду, Северную Африку или другие пустыни. Затем по особенностям состава найденные метеориты уже возможно отнести к тому или иному небесному телу. Но здесь есть парадокс — для того, чтобы уверенно сказать, что метеорит прилетел к нам именно с Марса, нужно знать состав самого Марса. Поэтому некоторая ирония состоит в том, что уверенная атрибуция метеоритов с Луны стала возможной только после миссий «Аполлонов», которые привезли реголит для сравнения. На сегодняшний день известно больше сотни лунных метеоритов, за тридцать марсианских и целая группа HED-метеоритов, которую относят к астероиду Веста.

Песчинки с неба - 2
Самый большой лунный метеорит NWA-5000

Песчинки с неба - 3
Марсианский метеорит NWA-7034 «Черная красотка»

Песчинки с неба - 4
Ховардит QUE94200 с Весты

Не хочешь, не верь мне

Говоря о возврате образцов с других небесных тел, нельзя не отметить старания американских астронавтов, которые за шесть миссий привезли почти четыре центнера лунного грунта. Причем в лучших традициях соревнования каждый последующий «Аполлон» привозил больше грунта — если «Аполлон-11» привез 22 кг, то «Аполлон-17» — уже 111 кг. Из спускаемого аппарата лунный грунт извлекали буквально ящиками.

Песчинки с неба - 5

А один раз астронавтам и ученым почти повезло — найденный кусок анортозита, если бы оказался частью лунной коры, мог пролить свет на вопросы происхождения Луны. Но, увы, камень Бытия оказался сильно моложе, чем нужно.

Песчинки с неба - 6

На орбитальных станциях регулярно проводятся эксперименты по экспозиции материалов в условиях космоса. Но кроме изучения того, как ведут себя земные материалы в космосе, можно еще ловить частицы того, что в этом космосе летает. В 1996-1997 годах на станции «Мир» экспонировался эксперимент MEEP, в котором ловили микрочастицы, чтобы установить их происхождение.

Песчинки с неба - 7

Воля и разум

Песчинки с неба - 8

Проигрыш СССР в пилотируемой лунной гонке не помешал сделать асимметричный ответ автоматическими аппаратами серии Е-8, которые привезли меньше грунта, но не рисковали жизнями людей. При этом аппараты реализовывали очень красивые технические решения. Прежде всего, вся серия Е-8, в которую входили орбитальные аппараты («Луна-19» и «Луна-22»), транспортеры «Луноходов» («Луна-17» и «Луна-21») и «луночерпалки» («Луны» -15,16,18,20,23,24) базировались на одной перелетно-посадочной ступени. Вот она в грунтозаборном варианте:

Песчинки с неба - 9

Станция полностью:

Песчинки с неба - 10

Орбитальные аппараты также использовали корпус «Лунохода» в качестве контейнера научной аппаратуры. Но самым сложным и интересным был вариант с доставкой грунта на Землю. Дело в том, что масса прилунившегося аппарата не могла превышать 520 кг из-за ограничений грузоподъемности ракеты-носителя «Протон». И втиснуть в эту массу сложную возвращаемую ступень с системой управления и запасом топлива на коррекции курса «Земля-Луна» никак не получалось. Но хитрые баллистики нашли решение. Если посадка производилась в восточную часть приэкваториального района Луны, то стартовавшая вертикально ракета попадала на Землю без коррекции. В итоге миссия состояла из следующих этапов.

Песчинки с неба - 11

Аппарат выходил на орбиту вокруг Земли и разгонялся к Луне. В процессе перелета выполнялась коррекция траектории. Затем станция выходила на окололунную орбиту и некоторое время находилась на ней. Тормозя с орбитальной скорости и высоты 13 км зонд выходил в район посадки на высоте 2 км.

Песчинки с неба - 12

Затем основной двигатель выключался, и в течение 43 секунд станция находилась в свободном падении. Снизившись до 600 метров, аппарат снова включал основной двигатель и гасил боковую и вертикальную скорости по данным допплеровского измерителя скорости и высотомера. На высоте 20 метров вертикальная скорость не должна была превышать 2 м/с, а горизонтальная должна была быть полностью погашена. Основной двигатель выключался, и зонд снижался на двигателях малой тяги. На высоте 2 метров выключались и они, и станция мягко падала на Луну.

Песчинки с неба - 13

Затем зонд выпускал специальный манипулятор, брал пробу грунта, загружал ее в спускаемый аппарат, который в строго определенный момент стартовал на взлетной ступени.

Песчинки с неба - 14

Спускаемый аппарат тормозил в атмосфере и садился на парашюте в Казахстане.

Песчинки с неба - 15

Песчинки с неба - 16

«Луна-15». Стартовала 13 июля 1969 года и могла обогнать «Аполлон-11» по доставке грунта, но при посадке пропала связь. Скорее всего, станция разбилась о лунную гору.
«Луна-16». Стартовала 12 сентября 1970 и, впервые для беспилотных аппаратов, привезла на Землю 101 грамм лунного грунта 24 сентября.
«Луна-18». Запущена 2 сентября 1970, разбилась при посадке в сложном горном рельефе.
«Луна-20». Запущена 14 февраля 1972, успешно доставила на Землю 55 грамм грунта 25 февраля.
«Луна-23». Опрокинулась при посадке 6 ноября 1974 года.
«Луна-24». В 1976 году сумела доделать то, что не получилось у «Луны-23». Произвела глубинное бурение, вернула на землю 170 граммов грунта в виде колонки высотой 160 см. В колонке грунта была впервые обнаружена вода, всего 0,1%. Наличие воды на Луне было позже подтверждено исследованиями с орбиты.

В результате получилась интересная с геологической точки зрения серия проб:

  • Море Изобилия («Луна-16»).
  • его древнее материковое обрамление («Луна-20»).
  • геологический разрез Моря Кризисов («Луна-24»).

То, что станции были беспилотными, позволяло направлять их в сложные горные районы и рисковать ими больше, чем это допустимо для пилотируемых аппаратов.

Ангельская пыль

Песчинки с неба - 17

7 февраля 1999 года к комете 81P/Вильда отправился зонд NASA Stardust. 2 января 2004 года аппарат оказался в районе цели, двигаясь со скоростью 6,1 км/с относительно кометы. Изначально планировалось сблизиться до расстояния 150 км, но из соображений безопасности дистанцию увеличили до 237 км. Stardust сделал несколько фотографий кометы:

Песчинки с неба - 18

И развернул мишень из брусков аэрогеля. Аэрогель — материал с очень низкой плотностью, химически инертный и с низкой теплопроводностью, поэтому хорошо подходит для того, чтобы «ловить» небольшие частицы, движущиеся с большой скоростью.

Песчинки с неба - 19

15 января 2006 года спускаемый аппарат с мишенью отделился от зонда и вошел в атмосферу Земли с рекордной скоростью 12,9 км/с. Максимум перегрузки составил 34 g, но капсула успешно приземлилась в штате Невада.

Песчинки с неба - 20

Контейнер с частицами кометной комы вскрыли в чистой комнате. Было обнаружено порядка миллиона микроскопических ударов, и для анализа данных подключили добровольцев в распределенном проекте Stardust@Home.

Песчинки с неба - 21

В 2011 году ученые Аризонского университета обнаружили среди пойманных частиц железо и сульфид меди. Это означает, что на комете 81P/Вильда присутствовала жидкая вода, что противоречит устоявшимся представлениям о том, что кометы никогда не нагреваются до температуры плавления ледяного ядра.

Небо само тебя найдет

Песчинки с неба - 22

8 августа 2001 года в космос был запущен зонд NASA Genesis. Его задачей был сбор частиц солнечного ветра. Аппарат вышел в окрестности точки Лагранжа L1 и развернул кремниевые мишени.

Песчинки с неба - 23

Проработав 850 дней, Genesis через маневр вокруг L2, чтобы приземлиться днем, направился к Земле.

Песчинки с неба - 24

Аппарат успешно затормозил в плотных слоях атмосферы 8 сентября 2004 года.

Песчинки с неба - 25

Но парашюты не раскрылись — все четыре акселерометра в спускаемом аппарате были установлены вверх ногами и просто не дали команды на раскрытие парашютов. Зонд ударился о землю на скорости примерно 300 км/ч.

Песчинки с неба - 26

Впрочем, несмотря на загрязнение песком штата Юта, а также деталями и жидкостями самого аппарата, из мишеней удалось извлечь пойманные частицы солнечного ветра. Данные по изотопам аргона и неона позволили отбросить несколько теорий происхождения Солнца, а обнаруженная повышенная концентрация изотопа кислорода-16 еще ждет своего объяснения.

Король дороги

Песчинки с неба - 27

Очень драматичная миссия по возврату образцов астероида (25143) Итокава получилась у японского космического агентства. Стартовавший в 2003 году зонд Хаябуса («Сокол») приблизился к цели в сентябре 2005 года. 12 ноября «Сокол» сблизился до высоты в 55 м над астероидом и сбросил мини-ландер MINERVA, с которым не удалось установить связь — скорее всего он улетел в космос. 19 ноября зонд пошел на посадку. Однако связь пропала в самый ответственный момент. Изначально сообщили, что попытка не удалась, и «Хаябуса» завис на высоте 10 метров. Однако, после анализа данных, оказалось, что зонд все-таки сел на астероид, но из-за того, что сенсор зафиксировал препятствие, посадка прошла в аварийном режиме, в котором не включилось устройство забора грунта. 25 ноября была предпринята вторая попытка посадки, в которой грунтозаборное устройство снова не сработало. У зонда была зафиксирована утечка топлива, из-за которой он перешел в безопасный режим. 27 ноября произошла потеря электропитания (скорее всего из-за утечки топлива). 2 декабря при попытке вернуться к астероиду двигатели не выдали достаточной тяги. 3 декабря зонд стал терять рабочую ориентацию, и в качестве аварийной меры пришлось сбросить часть топлива для ионных двигателей. К 6 декабря «Сокол» удалился от астероида уже на 550 км. 8 декабря зонд испытал резкое изменение ориентации (скорее всего из-за испарения части топлива), и связь с ним пропала. Прецессия «Хаябусы» со временем могла сойти на нет, и миссия еще не была окончательно потеряна. 23 января 2006 года был зафиксирован сигнал маяка зонда, и с ним последовательными операциями восстановили связь. Как ни удивительно, но у аппарата еще оставалась возможность вернуться на Землю. 25 апреля 2007 года зонд начал маневр по переходу на траекторию к Земле, который закончил 29 октября (из-за использования ионных двигателей все маневры были очень длительными). 4 февраля 2009 года начался второй маневр. Но у зонда стали выходить из строя двигатели, и к осени не осталось ни одного работающего.19 ноября 2009 японское космическое агентство сообщило, что им удалось совместить ионный генератор одного сломавшегося двигателя с нейтрализатором другого, и на этой комбинации у «Сокола» появилась, пусть и не оптимальная, но тяга. На ней, вопреки всему, зонд выполнил маневр, изменив свою скорость на 200 м/с, и, подлетая к Земле, выполнил еще пять маневров, прицеливаясь последовательно в район Земли, точно в Землю, в район полигона Вумера в Австралии, и, наконец, в плановый район посадки на полигоне.

Песчинки с неба - 28

13 июня 2010 года спускаемый аппарат успешно приземлился. Несмотря на то, что грунтозаборное устройство ни разу не сработало, в приемном контейнере в итоге сумели обнаружить 1500 частичек астероида размером 10 микрометров — оливин, пироксен, плагиоклаз и сульфид железа. Исследования установили, что астероид (25143) Итокава когда-то был частью более массивного тела и представляет из себя каменный астероид типа S с составом, аналогичным метеоритам хондритам класса LL.

Пытка тишиной

Песчинки с неба - 29

9 ноября 2011 года стартовал российский зонд «Фобос-Грунт», задачей которого была доставка образца со спутника Марса — Фобоса. Но на третьем часу полета не состоялось включение маршевого двигателя, который должен был перевести станцию на отлетную траекторию к Марсу. Попытки установить связь с аппаратом не увенчались успехом, и 15 января 2012 года «Фобос-Грунт» сгорел в атмосфере Земли.

Песчинки с неба - 30

Официальной причиной аварии названо воздействие тяжелой заряженной частицы, вызвавшей перезапуск обоих комплектов бортового вычислительного комплекса. Также существует неофициальная версия ошибки в программе.

Летят сейчас

Сейчас в полете находятся два зонда.

Песчинки с неба - 31

«Хаябуса-2», стартовавший 3 декабря 2014, летит к астероиду (162173) Рюгу и должен достигнуть его в июне 2018.

Песчинки с неба - 32

Свежезапущенный OSIRIS-REx летит к астероиду (101955) Бенну с планируемой датой прибытия в 2018 году и посадкой в 2020.

Будущее

Главное достоинство миссий по возврату образцов — возможность годами и десятилетиями изучать привезенные из космоса пылинки. Но современные научные приборы позволяют проводить эффективный анализ на месте. Но они, в свою очередь, стоят немалых денег. Возможно, космические аппараты будущего разделятся на два класса — мощные и дорогие, способные, как «Кьюриосити», проводить множество анализов на месте, и сравнительно дешевые, которые будут годами лететь к цели, и годами же везти образцы на Землю.

Автор: lozga

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля