Почти утерянные, но спасённые космические аппараты
Даже бурно разрабатываемые в последние годы системы искусственного интеллекта пока не доросли до возможности управлять хотя бы автомобилем на Земле. Поэтому за шесть десятков лет существования космонавтики зонды и корабли без человека на борту всегда управлялись удалённо. Некоторые операции выполняет автоматика на борту, но нарушение связи и утеря контроля означают ущерб в миллионы и миллиарды.
Но иногда случается чудо, и аппарат вновь начинает подчиняться командам операторов на Земле. 20 января 2018 года астроном-любитель из Канады Скотт Тилли зафиксировал сигнал от спутника на околоземной орбите и предположил, что это может быть IMAGE, утерянный НАСА в 2005 году. НАСА подтвердило эту догадку. Мы решили вспомнить ещё несколько историй о станциях, аппаратах, обсерваториях, которые были сломаны или потеряны в космосе, но были спасены.
В 1985 году произошла одна из самых ярких историй, связанных со спасением космических аппаратов. Советские космонавты Владимир Джанибеков и Виктор Савиных произвели ремонт орбитальной станции «Салют-7», предшественницы станции «Мир».
В феврале 1985 года связь со станцией прервалась. На тот момент экспедиции к ней не совершались в течение шести месяцев, поэтому на борту никого не было. Датчик системы электропитания вышел из строя и батареи разрядились. Проблема усугубилась поломкой командной радиолинии. Западные таблоиды смаковали место падения «Салюта-7»: Токио, Берлин, Вашингтон. Действительно, неконтролируемый объект может упасть куда угодно, как это было с американской орбитальной станцией Skylab: «Говорит президент. Кажется, на вашу ферму упала орбитальная станция» — «Ага, сейчас бычков посмотрю». Безжизненную станцию можно было либо признать утерянной, либо отправлять экспедицию для спасения. Пошли по второму, трудоёмкому и опасному для жизней космонавтов варианту.
Корабль «Союз Т-13» переоборудовали, добавили систему автоматического сближения и лазерный дальномер, нагрузили дополнительным топливом и провиантом. Джанибеков полетел в космос в пятый раз. Он был командиром экипажа и отвечал за ручную стыковку с неуправляемой станцией. Космонавтам удалось развернуть панели к Солнцу, зарядить батареи, включить энергосистемы, а затем — избавиться от воды, получившейся из растаявшего инея, используя для этого почти все тряпки на станции, включая лётные костюмы. По этому происшествию сняли фильм «Салют-7», который не очень понравился героям истории. Их имена в фильме изменили.
Станция, которая, казалось бы, была утеряна в 1985 году, встретила ещё несколько космических экспедиций и была уничтожена только в 1991 году, упав на территорию малонаселённых районов Чили и Аргентины.
Космическая обсерватория SOHO, совместный проект НАСА и ЕКА, более двадцати лет помогает наблюдать за звёздами и планетами около Солнца и самим Солнцем, находясь между Землёй и нашей звездой. SOHO была запущена в космос 2 декабря 1995 года.
На борту обсерватории создаётся искусственное затмение с помощью инструмента LASCO, который состоит из трёх коронографов. Коронограф — телескоп, в центре поля зрения которого находится блокирующий свет Солнца диск, «искусственная Луна». Каждые 12 минут LASCO делает снимки, которые доступны нам с весьма высоким для 1995 года разрешением 1024×1024. Также на борту — инструменты для наблюдения за Солнцем.
В июне 1998 года обсерватория SOHO начинала выполнять задачи расширенной миссии, но «катастрофическая последовательность событий», как её называл наблюдательный совет проекта, привела к потере диспетчерами следа корабля после стандартной процедуры калибровки гироскопов. Обсерватория не могла контролировать своё положение и направлять солнечные панели в нужную сторону для восполнения заряда батарей. В течение месяца станции отправляли сигналы и ждали ответа, но в июле того же года обнаружили её с помощью радиотелескопа обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико и выяснили, что станция вращается со скоростью один оборот в 53 секунды.
К счастью, со временем положение космической обсерватории относительно Солнца менялось, и 3 августа 1998 года она ответила на запрос с Земли, получив достаточно энергии. Специалисты смогли разморозить гидразин и зарядить батареи, и уже к сентябрю SOHO смотрела в нужную сторону. Два из трёх гироскопов были в нерабочем состоянии, но остальные инструменты оказались продолжали работать.
К декабрю 1998 года станция потеряла последний гироскоп. Чтобы не списывать станцию, специалисты переработали программное обеспечение: SOHO получила возможность определять своё положение с помощью других инструментов. Это позволило снизить потребление топлива и позволило станции продолжить работу. Вместо запланированных 2 лет SOHO летает 23 года.
Хотя телескоп уже больше четверти века исправно поставляет красочные снимки для соцсетей и сайта НАСА, в какой-то момент его существование было под угрозой.
В 1923 году в литературе впервые появляется идея орбитального телескопа — в книге немецкого инженера и учёного Германа Оберта. В 1946 году американский учёный Лайман Спитцер публикует статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории», в которой описывает главные преимущества такого телескопа — он сможет работать в ИК и УФ диапазонах без влияния земной атмосферы и его угловое разрешение будет ограничено дифракцией, а не турбулентными потоками в атмосфере. В 1965 году Спитцер возглавил комитет, который должен был определить научные задачи для телескопа. Финансирование проекта было утверждено Конгрессом США в 1978 году, а в 1980-х он получил имя — Хаббл, в честь американского астронома и космолога Эдвина Хаббла.
Запуск был запланирован на 1983 год, позже его переносили несколько раз, сначала из-за не успевающего выполнить работы в срок подрядчика, затем — из-за катастрофы Challenger, которая заморозила Space Shuttle на несколько лет. Пуск состоялся 24 апреля 1990 года. Discovery вывел телескоп на расчётную орбиту. Вскоре оказалось, что главное зеркало имеет дефект — всего 2 мкм отклонения от заданной формы поверхности ставило под угрозу работу телескопа. Он мог наблюдать только особо тусклые объекты и давал сильное размытие на снимках. Поэтому уже в конце 1993 года состоялась первая экспедиция, в рамках которой астронавты установили в телескоп систему коррекции сферической аберрации COSTAR.
Галактика M100: до и после установки COSTAR. Источник
В 2004 году, спустя четыре миссии по ремонту телескопа и четырнадцать лет его работы на орбите, в НАСА заявили о том, что создадут робота для обслуживания телескопа, и что стоимость миссии составит около миллиарда долларов. Через несколько месяцев НАСА поменяло своё решение и предусмотрело в бюджете вывод телескопа с орбиты и его затопление. «Hubble умирает. Мы решили, что связанные с его обслуживанием риски не оправдывают продолжения миссии», — говорили в агентстве. Но в 2006 году всё же началась подготовка к последней миссии по ремонту Hubble и его обновлению.
11 мая 2009 года стартовала пятая экспедиция к телескопу. Астронавты заменили все гироскопы, установили новые аккумуляторы и блок форматирования данных, починили теплоизоляцию, восстановили работоспособность обзорной камеры и установили новое оборудование. Телескоп, который планировалось затопить в 2005 году, служит до сих пор, и с орбиты по плану сойдёт только после 2030 года.
Ремонтировать запущенный в космос аппарат — задача крайне сложная, тем более, когда речь идет не об околоземной орбите, а о других планетах или другом конце Солнечной системы. Но поломки случаются часто, из-за чего специалистам приходится искать способы ремонта с Земли.
В 2001 году с Земли в сторону Марса был запущен орбитальный спутник Mars Odyssey. Его целью было изучение планеты, на был оснащён оборудованием для поиска воды. Детектор нейтронов HEND вместе с гамма детектором GRS подтвердили наличие атомов водорода и позволили составить первые карты распределения водяного льда под поверхностью Марса. Также аппарат отвечает за другие важные задачи: он был ретрансляторовал сигнал с Землиом для марсохода Spirit, а сейчас помогает связываться с Opportunity и Curiosity.
В 2012 году у аппарата возникли проблемы с одним из трёх гироскопов. Поломка оборудования, отвечающего за ориентацию космического аппарата, может привести к чрезмерной трате топлива и неспособности заряжать батареи, направляя солнечные панели в нужную сторону. Специалистам НАСА пришлось перевести спутник в безопасный режим.
Спустя пять месяцев после консервации специалистам удалось провести диагностику, спутник вышел на связь и помог получить очередную порцию фотографии от Opportunity. Mars Odyssey, получивший название в честь «Космической одиссеи 2001», имеет запас топлива для работы до середины 2020-х.
В период с 1965 по 1976 год при поддержке Военно-воздушных сил США Лаборатория Линкольна в Массачусетском технологическом институте разработали серию спутников LES — Lincoln Experimental Sattelite. Спутники были экспериментальными, и в процессе их вывода на орбиту было допущено много ошибок. Первый из серии спутников был утерян в 1967 году и следующие 50 лет считался космическим мусором.
В 2013 году, радиолюбитель из Великобритании Фил Уилльямс G3YPQ обнаружил сигнал, поступающий с интервалом в 4 секунды. С такой скоростью вращается LES1. Батареи спутника не работали, но через них, видимо, беспрепятственно шёл электрический заряд к 237 МГц-передатчику, что позволило спутнику отправлять сигналы во время получения энергии от солнечного света.
Три года потребовалось НАСА, чтобы подтвердить предположение радиолюбителя. Это на самом деле был потерянный несколько десятков лет назад спутник, который из-за ошибки в расчётах при запуске не смог выйти на нужную орбиту. Контроль за спутником установить нельзя, но он хотя бы живой, отправляет сигналы и продолжает вращаться вокруг Земли спустя полвека с момента запуска.
Наблюдать за Солнцем должна была помогать обсерватория STEREO, состоящая из аппаратов STEREO-A и STEREO-B. Предполагалось, что они будут делать фотографии Солнца с разных сторон для получения стереоизображений. Если A продолжает работать и отправляет фотографии на Землю, то стереокартинки у специалистов НАСА в определённый момент перестали получаться — возникли проблемы со STEREO-B.
Аппараты запустили в октябре 2006 года. Их миссия должна была продлиться два года, но, как это часто бывает, они продолжили работать после истечения этого срока. Связь с каждым из аппаратов периодически прерывалась на три месяца, так как между ними и Землёй оказывалось Солнце.
Зонды STEREO были запрограммированы на автоматическую перезагрузку систем связи через каждые 72 часа, если им не поступают команды с Земли. Во время тестирования работоспособности этой функции STEREO-B 1 октября 2014 года не вышел на связь. Инженеры по слабому сигналу установили, что модуль Inertial Measurement Unit, определяющий скорость вращения, выдавал неправильную информацию, из-за чего аппарат не мог нацелиться антенной на Землю.
21 августа 2016 года с помощью международной сети радиотелескопов Deep Space Network (DSN) специалисты НАСА смогли установить связь с потерянным спутником и уточнить его координаты. В 2018 году Земля сама догонит зонд, что позволит специалистам связаться с ним на близком расстоянии. или доставить «домой».
В 2004 году станция Rosetta со спускаемым аппаратом Phiile была запущена в космос с целью исследовать комету Чурюмова-Герасименко. Путь занял 10 лет, и в 2014 года космический аппарат впервые в истории человечества относительно мягко сел на комету.
Кроме того, что комета движется со скоростью более десяти километров в секунду, была сложность с гравитацией — на комете Чурюмова-Герасименко она в восемь тысяч раз слабее земной. Зонд оснастили гарпунами и двигателем малой тяги, который должен был уменьшить силу отскока при посадке и помочь зонду закрепиться на поверхности.
12 ноября 2014 года состоялась посадка зонда, но сесть он попытался не в запланированном месте, а на другом участке. Гарпуны не сработал, Philae дважды совершил отскок и застрял в скалах, где большую часть времени оставался в тени. Он обнаружил органические молекулы в газах, которые выбрасывает комета, отправил первые снимки и вошёл в спящий режим из-за нехватки заряда аккумулятора и отсутствия возможности его восполнить.
Спустя 211 дней в режиме гибернации зонд Philae проснулся и отправил на Землю данные, включая информацию о состоянии оборудования — он не получил повреждений. Но к концу 2015 года температура в трещине стала несовместимой с работоспособностью зонда.
5 сентября 2016 года благодаря фотографиям со станции Rosetta, сделанными с расстояния в 2,7 километра, специалисты смогли найти Philae на поверхности кометы. Но связь с Филей установить уже не удастся.
Разработчики космических аппаратов стараются дублировать все системы, продумывают возможность использования инструментов не только для их прямых целей. Аварии бывают редко, но когда они всё же возникают, перед специалистами встаёт сложная задача по ремонту аппаратов. Чаще всего — удалённому, но иногда и людям приходится становиться героями и отправляться на орбиту выполнять опасные задачи. Инциденты случаются редко, потери аппаратов — ещё реже, случаев, когда удалось оживить уже потерянный зонд, — единицы.
