Космические аппараты — это сложные устройства, которые работают в самых суровых условиях. При запуске всегда присутствует опасность аварии ракеты, в полете может проявиться конструкционная ошибка, на борт могут передать ошибочную программу, электроника может сбоить от галактических частиц и солнечных вспышек. Но если станция спроектирована верно, электроника радстойкая, программы проверенные, и весь полет проходит успешно, то кто поставит точку?
30 сентября 2016 года завершилась одна из самых интересных исследовательских программ в межпланетном пространстве в XXI веке — Rosetta и Philae. Стартовав в 2004 году пара космических аппаратов отправилась в дальний космос. Дважды космические трассы возвращали их к Земле для гравитационного маневра, однажды — к Марсу. По пути прошли две встречи с астероидами Штейнс и Лютеция, и, наконец, начался главный этап научной программы — сближение с кометой 67P/Чурюмова-Герасименко. Rosetta вышла на орбиту ядра кометы, сблизилась до нескольких километров, провела анализ газов, посмотрела пыль под микроскопом и определила её состав, выделила органические соединения, изучила гравитационное и магнитное поле. Philae пошел дальше — совершил посадку на комету. И выход на орбиту и посадка прошли впервые в истории космонавтики. Но даже самые успешные эксперименты рано или поздно заканчиваются, и пришел их час.
Команда Rosetta рассматривала несколько вариантов прекращения исследований. Было большое искушение продолжить насколько это возможно долго. Но комета удалялась от Солнца и солнечные батареи космического аппарата не смогли бы полноценно поддерживать работоспособность бортовых систем. Можно было просто отключить аппарат, и тогда бы он превратился в рукотворный астероид, продолживший свой полет по орбите кометы, постепенно и непредсказуемо удаляясь от нее от гравитационных возмущений окрестных планет. В конце концов, для Rosetta выбрали судьбу ее напарника Philae — посадка на комету и пребывание там до того момента, как солнечные лучи не испарят окончательно кометное ядро и не превратят ее в поток пыли. На это уйдут столетия, поэтому с этой неразлучной парочкой мы попрощаемся скорее всего навсегда.
Rosetta и Philae — далеко не первые межпланетные путешественники, чья судьба была решена в далеких Центрах управления полетами на Земле. Тремя годами ранее завершалась работа космического телескопа Herschel. Телескоп летал на расстоянии 1,5 млн км от Земли в стороне противоположной Солнцу. Он изучал Солнечную систему, Галактику, и Вселенную в дальнем инфракрасном диапазоне волн света.
Для осуществления научной программы детектору телескопа требовалось охлаждение до сверхнизких температур, которые обеспечивал жидкий гелий.Это очень летучий газ, который постепенно стравливали в космос. В результате запас газа иссяк, и телескоп утратил свою работоспособность, несмотря на функционирование всех прочих систем. Создателям телескопа пришлось выбирать из двух вариантов: разбить аппарат о поверхность Луны или оставить его в свободном полете вокруг Солнца. Удар о Луну позволил бы получить больше знаний о составе грунта, но эта работа требовала участия большой группы ученых, что не предусматривалось бюджетом миссии. Поэтому выбрали самый простой и дешевый вариант: отправили телескоп по орбите вокруг Солнца в виде редкого астероида. Теперь Земля может не ждать встречи с ним в ближайшие несколько миллионов лет.
Завершение полета ударом о Луну — чаще всего удел окололунных космических аппаратов. Например таких как NASA GRAIL. Пара небольших спутников кружила у нашего естественного спутника, собирала данные о разнородностях гравитационного поля, пока, наконец не завершила свой путь ударом о встречную гору.
Есть еще одна норма, которой руководствуются создатели автоматических межпланетных станций — Доктрина планетной безопасности. Она гласит, что роботы, рассылаемые с Земли по соседним спутникам и планетам, не должны стать разносчиками земных микроорганизмов. Эта традиция идет еще от фантастических произведений, в которых наши микробы несли погибель марсианам. Есть в этой норме и прагматичный смысл: так будущие исследователи страхуются от ошибки обнаружения занесенной земной жизни на других планетах.
Ради соблюдения достоверности экспериментов, перед стартом станции дезинфицируются, но нельзя добиться 100% чистоты. Космическая среда не самое благоприятное место для жизни, но благодаря Apollo 12 и эксперименту “Биориск” мы знаем, что микробы в космосе могут выживать. Поэтому последним рубежом защиты является способ, который прикончит межпланетный зонд и нежелательных пассажиров на нем. По крайней мере на это надеются, т.к. никакого другого способа избавиться от землян нет.
С 2008 по 2015 год космический аппарат Messenger изучал ближайшую к Солнцу планету Меркурий. Из-за своего расположения эта планета воспринимается сухой и безжизненной, поэтому никто не опасался заражения меркуриан. Однако одним из сенсационных открытий станции стала вода на Меркурии. Она сохраняется в форме льда и только в полярных регионах, но земным бактериям нельзя оставлять ни малейшего шанса, поэтому, в лучших голливудских традициях, от них решили избавиться с помощью взрыва.
Рабочая орбита Messenger поддерживалась за счет ракетного двигателя. Когда топливо подошло к концу, “последний выдох” маршевой двигательной установки направил космический аппарат на фатальную встречу с меркурианским горным хребтом. Столкновение на скорости 3 км/с не оставило никаких шансов возможным земным посланникам.
Зато удалось взглянуть на поверхность Меркурия с предельно близкого расстояния — около 40 км.
Еще более драматические события развивались в 2003 году на расстоянии 600 млн километров от Солнца. Исследовательский зонд Galileo провел восемь лет раскрывая тайны Юпитера и его многочисленных спутников. Именно для сохранения чистоты льдов Европы, Ганимеда и Каллисто ученые приняли решение отправить станцию в недра газового гиганта.
Из-за сильной гравитации Юпитера скорость космического аппарата на его орбите очень высока. Galileo вращался вокруг планеты-гиганта на скоростях до 51 км/с. Примерно с такой же скоростью зонд и отправился навстречу своей пламенной смерти. Плотная атмосфера Юпитера и высокая скорость зонда привели к тому, что он полностью разрушился и практически испарился еще в верхних слоях атмосферы. Сейчас нам даже наверняка не известно есть ли у Юпитера твердое ядро, а если есть, то тамошние условия несовместимы не только с жизнью, но и с нашими некоторыми познаниями о физике, поэтому опасений, что земные микроорганизмы загрязнят поверхность ни у кого не возникло. Сейчас на околоюпитерианской орбите работает новая исследовательская станция Juno. Она должна как раз лучше понять глубинное строение планеты, и примерно через год ее ждет судьба Galileo — уничтожение в атмосфере.
А “неподалеку” от Юпитера, в поясе астероидов сейчас подходит к концу работа другой автоматической межпланетной станции Dawn. С 2011 года она провела исследования крупнейшего астероида Веста, а с 2015 года — карликовой планеты Церера. Запас топлива позволил бы ей отправиться дальше в путь, но ученые приняли решение прекратить научную программу методом Messenger — ударом о поверхность. Впрочем, пока Dawn продолжает изучение, и даже от низкой орбиты перешел на более высокую, которая позволит ему дольше работать. Дальнейшая судьба зонда решится когда чиновники договорятся с учеными продлевать миссию или закончить.
Конечно, странно выглядит такая манера разбрасываться функциональными, и уникальными космическими аппаратами. Но есть у такой практики и рациональные причины. Любая научная миссия в межпланетном пространстве — всегда полностью убыточное и дорогостоящее мероприятие. Выгода оценивается в новизне научных данных и значимости совершенных открытий. Когда, всё что можно изучить изучено, и “корова перестает давать молоко” ставится вопрос о целесообразности дальнейшего финансирования проекта. Успешные миссии и так почти всегда перерабатывают заложенную в бюджет длительность программы, и требуют дополнительного финансирования. Например в этом году продлили работу программы “Радиоастрон” после пяти успешных лет работы.
Иногда появляются другие мотивы, марсоход Opportunity колесит уже тринадцатый год во многом потому, что отважный путешественник стал любимцем общественности, и любые попытки чиновников прекратить его работу воспринимаются как покушение на национального героя.
Для научной команды, которая сконструировала космический аппарат, вывела на нужную орбиту и многие месяцы или годы работала “бок о бок”, и практически сроднилась со своим космическим питомцем, единственным утешением может стать перспектива заняться ещё более интересными и амбициозными задачами в изучении Вселенной.
Комментарии (34)
ababich
29.11.2016 12:21Для осуществления научной программы детектору телескопа требовалось охлаждение до сверхнизких температур, которые обеспечивал жидкий гелий. Это очень летучий газ, который невозможно постоянно удерживать в замкнутом объеме. В результате запас газа иссяк, и телескоп утратил свою работоспособность
Хм.Было бы любопытно почитать, насколько эффективно они решили проблему хранения гелия.
То есть сколько процентов использовано для работы, а сколько процентов- потери.
Я надеюсь, что "запас иссяк" так как в основном ушел на рабочие нужды, а не улетучился бесполезно.
Действительно, проблема хранения жидкого гелия без потерь еще не решена на Земле.
В космосе небось та же проблема.
Zelenyikot
29.11.2016 13:03+1Система замкнутая была, поэтому «рабочие нужды» гелий не расходовали. Весь расход — улетучивание.
ababich
29.11.2016 13:35+3Система замкнутая была, поэтому «рабочие нужды» гелий не расходовали. Весь расход — улетучивание.
м-м-м-м… не совсем понятно…
2000 литров жидкого гелия как можно испарить в замкнутый объем (тем более в этом объеме
требовалось низкое давление ("космический вакуум"?) -чтобы дополнительно понизить температуру кипения на несколько градусов)?
Единственный выход, как мне казалось — стравливать в космос… но это уже не улетучивание (бесполезное),
а собственно сам рабочий процесс, позволяющий получить результат.
Ну то есть в процессе охлаждения детектора температура гелия повышается, он дополнительно испаряется, этот газ надо периодически стравливать, чтобы следующей порции "было куда испаряться" :))).
Ну так и стравили все 2к литров. Или дело было не так?Zelenyikot
29.11.2016 14:33+4Да, вы правы, я ошибался насчет замкнутости.Стравливали примерно по 200 г ежесуточно.
Вот тут немного информации по конструкции.
acin
29.11.2016 14:34+5На странице производителя криотанка нашел следующее:
По проекту скорость утечки должна была составлять не хуже 10^-9 мбар*л/c. Т.е. утечка через сам криотанк крайне мала.
Однако сам гелий использовался для охлаждения не только оптических приборов, но и теплоизоляции самого криотанка и солнечного щита, затем гелий уходил в космос. Причем выпускной клапан был установлен так чтобы компенсировать давление солнечного света на щит.
Суточный расход гелия составлял 200гр. (Руководство наблюдателя, раздел 2.1.1.2)
Goodwinnew
29.11.2016 13:04-7Галилео зашел внутрь на -140 км от верхней границы облаков до момента прекращения работы передатчика. Не упомянута интересная тема — возможный ядерный взрыв в атмосфере Юпитера. Конечно, не доказано — но НАСА подстраховалось — и на Юноне только солнечные батареи в отличии от Галилео. На борту Галилео были плутониевые элементы — а нужная температура и давление в глубине атмосферы Юпитера привели к запуску ядерной реакции. В общем есть целая тема для любителей конспирологии и заговоров (с расчетами, бурными обсуждениями, фотографиями Юпитера и тд).
Из «желтых» источников, сорри:
«появление на поверхности Юпитера 23 сентября 2003 года тёмного пятна обусловлено спуском в тот район Галилео и служит подтверждением теории голландского инженера Яко Ван дер Ворпа о том, что плутониевые топливные стержни Галилео из-за высокого давления сдетонируют в атмосфере Юпитера. Если учёные правы, то топливные стержни Галилео породили ядерный взрыв, который с лёгкостью затмил Хиросиму и привёл к образованию огромного тёмного пятна, видимого даже с Земли.»
shedir
29.11.2016 14:46+5Плутоний-238, на котором сделаны РИТЭГи, не очень подходит в качестве начинки для бомбы.
Psychosynthesis
30.11.2016 03:58По моему очевидно, что спуск в плотную атмосферу на скорости 51 км/с сродни стиранию аппарата на гигантском точильном круге. До слоёв с давлением тупо ничего не долетело, даже если б там готовая к детонации бомба была бы.
jar_ohty
01.12.2016 18:00+1Даже если бы в качестве "топливных стержней" использовали плутоний-239, а при его достаточном сжатии он стал сверхкритичным — ядерный взрыв мог бы развиться только при крайне быстром равномерном и всестороннем сжатии, которое реализуется в земных ядерных бомбах с помощью взрыва мощного ВВ. А так возникшая СЦР привела бы лишь к разогреву критсборки и устранению критичности либо за счет теплового эффекта, либо за счет ее разрушения (плавления, испарения, разбрасывания).
Но в РИТЭГе используется не плутоний-239, а не делящийся, но гораздо более активный плутоний-238. Так что это измышления, не более правдоподобные, чем зажигание термоядерной реакции в атмосфере при взрыве "Кузьматери".
JKalamari
29.11.2016 13:04+9А почему все так уверены, что после удара о поверхность микроорганизмы обязательно должны погибнуть?
Взрыв не обязательно же уничтожит и стерилизует каждый миллиметр зонда, от удара, даже на большой скорости, имхо, микроорганизмам тоже особой печали не будет…ProstoUser
29.11.2016 14:40+2Насколько я понимаю, при ударе аппарата о поверхность на скорости несколько км/с выделяется довольно большое количество энергии. Это выделение энергии в небольшом объеме приводит к тому, что материал самого аппарата и окружающей поверхности небесного тела разогревается до температуры в сотни градусов.
Мне кажется, расчет на то, что при таком нагревании земные микроорганизмы будут уничтожены. Чисто тепловое воздействие.
c_kotik
29.11.2016 14:44+1Столкновение на скорости 3 км/с не оставило никаких шансов возможным земным посланникам.
— огромная кинетическая энергия при такой скорости переходит в результате столкновения по большей части в тепловую. Сам аппарат не то что разлетелся, скорей всего попросту испарился.
jar_ohty
29.11.2016 15:42+2Начиная с определенной скорости (порядка 2-3 км/с) энергии, выделившейся при ударе, достаточно для полного перевода ударника в горячую плазму с параметрами почти как в эпицентре ядерного взрыва… Ни о каком выживании микроорганизмов там речи идти не может.
ertaquo
29.11.2016 15:24+1А ведь было бы интересно провести эксперимент по «заражению» земными бактериями какого-нибудь небесного тела.
Zelenyikot
29.11.2016 16:47+4Марс уже фактически заражен. Это будет долгий эксперимент, т.к. там есть совсем незначительный временной интервал в течение года, когда возможно развитие земной жизни. Нужна влага и плюсовая температура, а это считанные часы в год и далеко не везде на планете. А на Луне или Европе и того хуже.
victordek
29.11.2016 19:30+1Только на Земле есть организмы, способные жить в кипятке, в кислотах и в других экстремальных условиях.
И речь не только о бактериях.
Так что вопрос не в интервале, а в том, что «занесенная марсианская жизнь» будет смотреть на Землю и думать: «Там же сдохнуть можно!»Zelenyikot
29.11.2016 19:32+3Кипяток и кислота — это жидкость. Насухую никакого размножения не будет, а жидкого времени на Марсе немного.
solariserj
30.11.2016 12:44Да бросте мне кажется надо наоборот создать организмы (с помощью ГМО) хотябы для Марса/Титана и отправить туда, мне кажется что уже прошли 60 годы и прошли мечты о возможности жизни на Луне/Марсе… так почему не вывести чтото земное чтоб заселить это на Марсе, а потом эволюция сделает свое дело. чтоб сделать почву для более сложных организмов.
Mad__Max
07.12.2016 21:34Не прошли. Наличие жизни (простейшей разумеется) на Марсе и даже Европе и Титане еще до сих пор не исключена.
В частности один из последних аппаратов запущенных к Марсу в этом году сейчас изучает следы метана в атмосфере. Который там откуда-то постоянно появляется свежий. Метан в атмосфере под солнечным излучением нестабилен, и «живет» в свободном виде всего десятки лет, его наличие означает что он постоянно прямо сейчас откуда-то поступает в атмосферу.
Это может быть либо какая-то геологическая активность, которой до этого считалось на Марсе нет. Либо результат жизнедеятельности каких-то местных микроорганизмов.
Alexsmt
29.11.2016 20:53+1А что со спутниками, которые остаются лететь в космосе или болтаться на орбитах вокруг Земли, точках Лагранжа и т.д.?
Как выключают их?
Возможно ли, например, взять какой-то незатеняемый (ибо батареи уже сдохли) спутник из точки Лагранжа и включить его передатчик, посмотреть его камерами или хотя бы использовать для любительской связи или как часть радиорелейной (а вдруг) линии?
Наверняка в этих спутниках отключены только передатчики, а приемники все еще работают?
Кстати, когда наш спутник не улетел к Марсу, все ловили и, в том числе, сигнал от его аппаратного маячка, не зависящего от ЭВМ. В отключенных спутниках они тоже вещают?
Наверно где-то «у произврдителя» есть коды включения, а для старых (аналоговых\простых цифровых) спутников может они могут быть взломаны радиолюбителями — энтузиастами с большой тарелкой :) Что там, кстати, с криптографией\защитой на орбите раньше (во времена первых спутников) и сейчас? Можно у Вас или еще где-то про это почитать?Alexsmt
29.11.2016 21:01P.S. Если в наземных компах с тысячами тестеров находят 0-days дыры, то в небе для спутников, по крайней мере запущенных до того, как процессы формального тестирования ПО еще не были так уж отлажены, можно, как бы это странно не звучало, откопать цифровую или аналоговую дырку 10-30 летней давности. :)
up01
30.11.2016 03:15Почему вообще кого-то волнует проблема заражения микроорганизмами? Разве что есть небольшая вероятность внести погрешность в будущие исследования.
Kasatich
30.11.2016 11:38+1Видимо все читали Марсианские хроники и очень боятся убить вероятных инопланетян пустяковыми микроорганизмами)
TyVik
Хотел бы я дожить до того момента, когда смогу увидеть Opportunity в музее.
Old_Chroft
В марсианском? :-)
hdfan2
А ещё круче было бы первым подойти к нему и ласково погладить по корпусу.
MurzikFreeman
Протереть батареи, заменить манипулятор, флеш память. С чем там ещё проблемы были?