Миссия «Хаябуса-2»: астероиды раскрывают историю Солнечной системы
Зонд формирует ударный кратер на поверхности астероида. Иллюстрация художника
3 декабря 2014 года космический зонд «Хаябуса-2» был успешно запущен с космодрома Танэгасима. Цель зонда — астероид 1999 JU3. Его открыли 10 мая 1999 года в рамках проекта LINEAR сотрудники обсерватории Сокорро. Ничего особенного в этом астероиде нет, за исключением того, что именно к нему было решено отправить зонд «Хаябуса-2» для высадки и забора проб вещества объекта. Аппарат является разработкой Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA).
Первый аппарат «Хаябуса» посетил астероид Итокава в 2005 году. Новый объект для изучения в два раза больше, чем Итокава, его диаметр составляет 0,92 км. Он вполне обычный, принадлежит к группе Аполлона. Орбита астероида вытянута, благодаря чему, вращаясь вокруг Солнца, он пересекает орбиты Земли и Марса. Так вот, «Хаябуса-2» на прошлой неделе наконец достиг конечной цели своего путешествия.
Последующие полтора года зонд будет изучать астероид как со стороны, с орбиты, так и на поверхности — для этого будет использоваться спускаемый модуль (причем не один, а несколько). Модуль должен будет не только забрать пробы вещества астероида, но и доставить его обратно на станцию. А та, в свою очередь, через пять лет «отвезет» ценный груз на Землю, для изучения в лабораториях. Пробы будут находиться в герметичной капсуле.
Зонд «Хаябуса-2» отправляется в космос при помощи ракеты-носителя
Зачем вообще изучать астероиды?
Дело в том, что многие из них являются ровесниками самой Солнечной системы, причем если планеты и планетоиды эволюционируют, изменяются, то астероиды в большинстве случаев остаются такими же, какими они были на заре существования. Таким образом, если понять, из чего состоит астероид, можно получить представление о том, из чего формировалась Солнечная система, ее планеты и спутники планет. Возможно, все это поможет в конечном итоге выяснить, как появилась жизнь, хотя это и более сложный вопрос.
Кроме того, ученые надеются получить ответ на вопрос о том, каким образом тип звезды и особенности ее «работы» влияют на процесс формирования планет. У астрономов уже есть достаточно много данных о составе астероидов, которые были получены путем наблюдений, составления разного рода моделей и комбинированием полученных данных в единое целое — научные данные.
Кстати, миссия «Хаябусы-2» вовсе не уникальна в плане доставки вещества астероида на Землю. Предшественник, первый зонд «Хаябуса» успешно собрал и отправил пробы грунта астероида Итокава на Землю. Это была сложнейшая миссия, сопровождавшаяся техническими проблемами, но все же вышедшая в конечном итоге на финишную прямую. В процессе работы у самой станции выходили из строя двигатели, отдельные элементы конструкции, пострадал зонд, грунт астероида был собран с трудом. Но в целом, все прошло хорошо. На основе полученных данных инженеры и ученые получили возможность создать более совершенный зонд, который теперь изучает астероид.
Что касается 1999 JU3, то причин, по которым зонд был отправлен именно к этому астероиду, две. Первая — вытянутая орбита, о которой уже говорилось выше. Вторая — возраст объекта. Астероиды такого типа очень старые, старше, чем любые другие. Он относится к С-классу, представители которого выделяются среди «родственников» повышенным содержанием углерода и гидратированных пород. Возможно, именно этот астероид поможет ответить на вопрос о том, что представляла собой протосолнечная система — то, что дало начало Солнцу и планетам. Благодаря орбите астероида зонд без особого труда может к нему долететь, а потом вернуться на Землю.
На нашу планету время от времени попадают образцы пород, из которых состоят астероиды класса С. Речь идет об углистых хондритах, которые ученые изучают много десятилетий. Но метеориты, относящиеся к углистым хондритам, пролетают через толщу земной атмосферы. А значит, сильно нагреваются, что приводит к изменению состава. Астероид же, как и говорилось выше, не меняется с течением времени, это застывший образец вещества, из которого сформировалась наша система.
Подробности путешествия «Хаябусы-2»
Для того, чтобы встретиться с астероидом, зонду пришлось пролететь более 3,2 млрд километров. При этом на конечном этапе объект, к которому стремился зонд, находился от Земли на расстоянии в 280 млн км. И нет, это не опечатка, действительно речь о миллионах километров, а не миллиардах.
Траектория путешествия получилась такой необычной для того, чтобы у астероида была возможность совершить гравитационный маневр, набрать скорость уже при помощи двигателей и догнать астероид. 1999 JU3 мчится в космосе с огромной скоростью, и для того, чтобы выйти на его орбиту, зонду нужно догнать объект и скоординировать свою скорость со скоростью астероида. Это сложно, но астрономы Земли без труда выполняют необходимые для путешествия расчеты. Двигатели у зонда ионные, их выключили лишь в прошлом месяце, после того, как «Хаябуса-2» подобрался к астероиду на расстояние в несколько тысяч километров.
Далее потребовалось обследовать окрестности астероида на предмет наличия более мелких «соседей», которые могли бы повредить зонд в случае столкновения. Речь идет об области гравитационного влияния самого астероида, диаметр этой сферы составляет примерно 100 км. К счастью, ничего подобного найдено не было, так что теперь зонд может работать без особых проблем.
Сейчас «Хаябуса-2» вышел на 20-км орбиту, и с этого расстояния продолжает изучать астероид. Зонд работает отлично, технических неполадок нет. В этой экспедиции бы не было смысла без связи. Она есть — аппарат получает сигналы с Земли и отправляет информацию обратно. Задержка составляет примерно 15 минут.
Возможности зонда
Инженеры и ученые, которые проектировали «Хабяусу-2», оснастили его целым рядом научных инструментов, при помощи которых происходит изучение астероида:
- ONC (Optical Navigation Camera) — оптическая система, которая включает камеру с длиннофокусным объективом и две камеры с короткофокусными объективами. Благодаря своей универсальности ONC позволяет делать навигационные снимки, фотографировать поверхности астероида, ориентировать аппарат и направлять его по точной траектории;
- TIR (Thermal Infrared Camera) — тепловая камера, которая предназначена для определения температуры объекта в разных местах. Также с ее помощью можно изучать так называемую тепловую инерцию астероида. Тепловая карта поможет понять структуру объекта и узнать характеристики поверхности;
- Спускаемые модули — один MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) и три MINERVA-II. Модули будут отправляться на астероид в моменты, когда зонд подберется к объекту на минимальное расстояние. Зонды предназначены для анализа характеристик поверхности — минеральный, гранулометрический состав, химические свойства и т.п.;
- Пенетратор SCI (Small Carry-on Impactor), который выстрелит в астероид медным снарядом массой в 2,5 кг. Выстрел позволит вбить снаряд в поверхность со скоростью 2 км/с. За местом входа снаряда зонд будет наблюдать при помощи камер. Далее посредством еще одного инструмента будут взять пробы грунта, которые поместят в герметичную капсулу. Зонд, как и говорилось выше, должен доставить эту капсулу на Землю;
- NIRS3 (Near-infrared spectrometer) — спектрометр, который будет искать на астероиде водяной лед и поможет определить химический состав поверхности.
Стоит отметить, что уже в этом году «Хаябуса-2» сблизится с астероидом до расстояния всего в 1 километр. В начале октября этого года на астероид будут высажены спускаемый модуль MASCOT и один из трех более мелких модулей MINERVA-II.
К сожалению, в конце этого года от зонда не будет поступать никаких вестей — он будет находиться в зоне, откуда радиопередачи блокируются Солнцем (оно будет находиться между зондом и Землей). Соответственно, без управления с Земли зонд не сможет выполнять активных действий — лишь наблюдать за происходящим. Связь с зондом будет снова установлена не ранее января 2019 года. Соответственно, тогда же продолжатся и работы.
Что уже удалось выяснить?
В принципе, практически все определенные при помощи зонда характеристики астероида, а также его «поведение» совпадают с расчетными. Так, диаметр его — 900 метров, что астрономы определили с Земли. Период обращения вокруг своей оси составляет 7,5 часов. На поверхности есть крупные кратеры, с максимальным диаметром воронки в 200 метров. Есть валуны, нечто вроде гор и даже одинокая скала, расположенная прямо на одном из полюсов астероида. «Горы» и скала имеют альбедо выше, чем у окружающего материала, так что вполне может быть, что сложены они из породы, отличающейся по составу от материала поверхности.
Вполне может быть, что ранее астероид являлся частью гораздо более крупного объекта — тоже астероида. Его направление вращения противоположно направлению вращения планет Солнечной системы и Солнца. Правда, Уран и Венера тоже вращаются в обратную сторону. Астероид 1999 JU3 относится к группе околоземных. Период обращения тела вокруг Солнца равен 474 суткам, а средняя орбитальная скорость — 27 километрам в секунду.
Капсула с веществом будет доставлена к Земле в декабре 2020 года. Нескоро, но ждать не так и много. К слову, изучение астероида — не единственная важная задача, которую ставили перед собой создатели «Хаябусы-2». Еще одна цель — постепенное развитие технологий и методов возвращаемых космических миссий, по большей части — межпланетных. Кроме того, ученые постепенно изучают и потенциал разработки астероидов. Для того, чтобы понят, насколько космическое горное дело может быть перспективным, необходимо знать, что несут в себе астероиды. Поскольку минеральный состав астероида неравномерен, так что вполне может оказаться, что у него есть и полезные для человека ресурсы.
