Скорее всего вы в курсе, что у специально созданного для поиска экзопланет космического телескопа Kepler топливо кончится уже в ближайшие дни. С 2013 года он из-за аварий превратился в космический парусник, но все равно продолжал собирать данные. У NASA есть планы собирать какую-то научную информацию и после окончания топлива, но по большому счету миссия подойдет к концу. Но не стоит расстраиваться — продление срока службы «Кеплера» привело к тому, что он дождался следующего специального аппарата, TESS, выполняющего ту же цель — искать планеты в других звездных системах.

Новая старая миссия

TESS и Kepler роднит не только задача, но и способ ее достижения. Оба телескопа занимаются поиском экзопланет транзитным методом — когда планета проходит между звездой и телескопом, то немного пригашает ее свет.


Графики яркости звезд при прохождении экзопланет по данным телескопа Kepler, рисунок NASA

Метод хорош тем, что можно определить не только параметры орбиты, но и альбедо (отражающую способность) и даже попытаться узнать состав атмосферы экзопланеты, анализируя изменение спектра звезды. Увы, у транзитного метода есть и недостатки — прежде всего, невозможно заметить планету, если плоскость ее вращения не проходит через ось «телескоп-звезда». Кроме того, чем дальше планета находится от звезды, тем больше ее период обращения, и тем дольше нужно непрерывно наблюдать звезду, чтобы заметить экзопланету. Но в целом сравнительная простота метода и возможность наблюдать за множеством звезд одновременно позволили только телескопу Kepler открыть уже больше двух с половиной тысяч экзопланет, и еще почти три тысячи кандидатов ожидают подтверждения.


Сравнение полей видимости Kepler и TESS

Но вот дальше начинаются различия — Kepler смотрит в очень узкий сектор космоса в районе созвездия Лебедя, но на расстояние до 3000 световых лет. TESS «видит» всего на 200 световых лет, но за два года основной миссии должен будет осмотреть оба полушария. Каждые 27 дней телескоп будет переключаться на новый сектор от полюса до 6° северной/южной широты. Как легко догадаться, район полюса будет под почти постоянным наблюдением. Это потенциально полезно для будущих миссий — в районе полюса находится зона, которая будет постоянно доступна для наблюдений еще не запущенному телескопу James Webb.


Изображение: NASA/TESS

Новые глаза

Камеры TESS в цехе, фото NASA

Единственным научным прибором на TESS служат четыре одинаковые камеры. В каждой стоит сенсор на 16,8 мегапикселя, сборка из семи линз и специальный фильтр в близком инфракрасном диапазоне для наблюдения красных карликов. Камера с апертурой 146 миллиметров и относительным отверстием f/1.4 будет видеть сектор 24x24° и сможет делать фотографии разрешением 4096х4096 пикселей.


Сенсор, здесь и далее фото NASA/TESS Project


Камера в разрезе


Камера в сборе, человек для масштаба

Стоит отметить, что TESS и Kepler относятся к программам NASA с разным уровнем финансирования, поэтому TESS примерно в два раза дешевле.

Особенная орбита

Для того, чтобы в процессе наблюдения TESS не мешала Земля (на низкой орбите не получится непрерывно смотреть в один сектор 27 дней), аппарат нужно отправить подальше от нашей планеты. А для того, чтобы передавать данные, желательно быть поближе — с ростом расстояния требуются антенны большего диаметра, и падает скорость. Район геостационарной орбиты не подходит — будет мешать Луна. Ну и крайне желательно сэкономить деньги, сделав телескоп легче и проще. И для решения всех этих задач баллистики выбрали очень интересную орбиту, которая раньше не применялась.


Схема выведения TESS, изображение NASA

После отделения от разгонного блока TESS вышел на опорную орбиту. За три витка аппарат своими двигателями поднимет апоцентр (верхнюю точку орбиты) так, чтобы он оказался в районе Луны. Здесь незаметно сэкономили — маневр за один виток потребовал бы более дорогих и тяжелых двигателей. На четвертом витке TESS пройдет рядом с Луной, воспользовавшись ее притяжением для того, чтобы, во-первых, перейти на более высокую орбиту, а во-вторых, изменить ее наклонение (очень дорогостоящая с точки зрения расхода топлива операция).


Взгляд на орбиту TESS с плоскости орбиты Луны

Ну и, наконец, с переходной орбиты телескоп перейдет на рабочую, затратив всего лишь ~200 м/с характеристической скорости. А после всех маневров у телескопа останется примерно 20% топлива.



Рабочая орбита имеет период обращения 13,65 дней, ровно половина периода обращения Луны. Это сделано специально, чтобы каждый виток Луна была максимально далеко — в 90° слева или справа от аппарата и вносила минимум возмущений. Ожидается, что орбита будет стабильной (т.е. не потребует расхода топлива на коррекцию) в течение не менее 20 лет.

А задача экономии на антеннах и средствах связи решается тем, что орбита достаточно вытянутая — апоцентр примерно в три раза выше перицентра. В районе низшей точки орбиты TESS будет на короткое время прекращать наблюдения, поворачиваться антенной к Земле и передавать накопившиеся за виток данные.

Как ожидается, телескоп окажется на рабочей орбите и начнет научные наблюдения через два месяца.

Запуск

Стоит отметить, что запуск телескопа стал отдельным успехом для SpaceX — впервые компания получила доступ к научным миссиям NASA среднего риска, и TESS стал первым аппаратом, выведение которого было заказано исключительно американским космическим агентством — предыдущие проекты, Jason-3 и DSCOVR, были созданы в рамках сотрудничества NASA с другими организациями.



Кстати, TESS стал самым легким аппаратом, запущенным на Falcon 9. Но более высокая опорная орбита не оставила топлива для возврата на сушу, первой ступени пришлось садиться на баржу. Также ожидается, что эта миссия станет последним пуском новой ракеты модификации Block 4, уже совсем скоро должна полететь финальная, еще более адаптированная для многоразового использования, версия Block 5.