BepiColombo

BepiColombo — это автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначенная для исследования планеты Меркурий. Проект реализуется совместно Европейским космическим агентством (ЕКА) и Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Запуск состоялся 20 октября 2018 года. Миссия включает два орбитальных аппарата: Европейский планетарный орбитальный аппарат (MPO) и Японский магнитосферный орбитальный аппарат (MMO), которые после прибытия к Меркурию должны разделиться и работать на разных орбитах. Название миссии дано в честь итальянского инженера и математика Джузеппе (Бепи) Коломбо, внёсшего значительный вклад в исследование Меркурия и разработку гравитационных манёвров.

История и предпосылки

Исследования Меркурия до BepiColombo

До начала миссии BepiColombo единственным космическим аппаратом, проводившим детальные исследования Меркурия, был Mariner 10 (США, запуск в 1973 году), который совершил три пролёта мимо планеты, и MESSENGER (США, запуск в 2004 году), который вышел на орбиту Меркурия в 2011 году и проработал до 2015 года. MESSENGER подтвердил наличие полярных ледяных отложений, обнаружил вулканическую активность и составил карту поверхности. Однако многие вопросы остались нерешенными, в частности, природа магнитного поля планеты, состав её коры и внутреннее строение.

Разработка миссии

Идея совместной европейско-японской миссии к Меркурию возникла в конце 1990-х годов. В 2000 году ЕКА и JAXA подписали соглашение о сотрудничестве. Проект получил название BepiColombo в 2002 году. Разработка велась в условиях значительных технических сложностей, связанных с близостью Меркурия к Солнцу: аппарат должен выдерживать экстремальные температуры (до +450 °C на освещённой стороне) и мощное солнечное излучение. Для защиты от перегрева были разработаны специальные многослойные экраны и системы терморегуляции.

Запуск

Первоначально запуск планировался на 2013 год, но из-за задержек в разработке и финансировании он был перенесён на 2018 год. Запуск осуществлён 20 октября 2018 года в 01:45 UTC с космодрома Куру во Французской Гвиане с помощью ракеты-носителя «Ариан-5» (Ariane 5 ECA). Это был один из самых сложных запусков в истории ЕКА, так как требовалась высокая точность выведения на траекторию к Меркурию.

Конструкция и устройство

Общая архитектура

BepiColombo состоит из трёх основных модулей, которые путешествуют вместе, но после прибытия разделяются:

1. Mercury Planetary Orbiter (MPO) — европейский орбитальный аппарат, предназначенный для картографирования поверхности и изучения состава планеты. Он будет работать на полярной орбите высотой от 400 до 1500 км.
2. Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) — японский аппарат, предназначенный для изучения магнитосферы и магнитного поля Меркурия. Он будет работать на более вытянутой полярной орбите (высота от 590 до 11 640 км).
3. Mercury Transfer Module (MTM) — двигательный модуль, который обеспечивает перелёт и гравитационные манёвры. После выхода на орбиту Меркурия MTM отделяется и сгорает в атмосфере.

Система терморегуляции

Из-за близости к Солнцу аппарат оснащён сложной системой защиты. На солнечной стороне установлен многослойный тепловой экран из керамики и титана, который отражает до 99% солнечного излучения. Внутренние системы охлаждаются с помощью радиаторов и тепловых труб. Температура на теневой стороне может опускаться до -180 °C, что требует использования нагревателей.

Научное оборудование

На борту MPO установлено 11 научных приборов, включая:

• BELISA — лазерный высотомер для построения топографической карты.
• MERTIS — инфракрасный спектрометр для определения минерального состава поверхности.
• MGNS — гамма- и нейтронный спектрометр для поиска летучих веществ, включая воду.
• PHEBUS — ультрафиолетовый спектрометр для изучения экзосферы.
• SIMBIO-SYS — комплекс камер и спектрометров для съёмки поверхности.

На борту MMO установлено 5 приборов, включая магнитометры, анализаторы плазмы и детекторы энергичных частиц.

Траектория и полёт

Гравитационные манёвры

Из-за высокой гравитации Солнца прямой перелёт к Меркурию требует огромного количества топлива. Поэтому BepiColombo использует сложную траекторию с девятью гравитационными манёврами:

• Один пролёт Земли (апрель 2020 года).
• Два пролёта Венеры (октябрь 2020 года и август 2021 года).
• Шесть пролётов Меркурия (с 2021 по 2025 год).

Каждый манёвр изменяет скорость и траекторию аппарата, постепенно приближая его к орбите Меркурия. В ходе пролётов были получены первые научные данные, в том числе снимки поверхности Меркурия и Венеры.

Текущий статус (на 2024 год)

По состоянию на октябрь 2024 года BepiColombo завершил все запланированные пролёты Меркурия. Последний, шестой пролёт состоялся в сентябре 2024 года. Аппарат находится на финальном этапе перелёта. Выход на орбиту Меркурия запланирован на декабрь 2025 года. После этого начнётся этап разделения модулей и научных наблюдений, который продлится не менее одного земного года (с возможным продлением).

Научные задачи

Изучение состава и геологии

BepiColombo должен составить детальную карту поверхности Меркурия с разрешением до 5 метров. Планируется определить химический и минералогический состав коры, выявить следы вулканической и тектонической активности, а также исследовать полярные области, где, как предполагается, находятся залежи водяного льда в постоянно затенённых кратерах.

Исследование магнитного поля и магнитосферы

Меркурий — единственная каменистая планета Солнечной системы (помимо Земли), обладающая собственным глобальным магнитным полем. MMO изучит его структуру, происхождение и взаимодействие с солнечным ветром. Это поможет понять, почему у Меркурия, несмотря на его малые размеры и медленное вращение, есть такое поле.

Изучение внутреннего строения

С помощью лазерного высотомера и радионаучных экспериментов планируется определить точную форму планеты, её гравитационное поле и распределение массы внутри. Это позволит уточнить модели внутреннего строения Меркурия, включая размер и состояние его ядра (предположительно, оно частично жидкое и состоит в основном из железа).

Исследование экзосферы

Меркурий окружён крайне разрежённой атмосферой (экзосферой), состоящей из атомов, выбитых с поверхности солнечным ветром и микрометеоритами. BepiColombo изучит её состав, плотность и динамику.

Значение и перспективы

Вклад в планетологию

BepiColombo — самая сложная и дорогая миссия к Меркурию на сегодняшний день (стоимость проекта оценивается в 1,6 млрд евро). Её результаты позволят значительно углубить понимание процессов формирования и эволюции планет земной группы, включая Землю. Меркурий, как самая близкая к Солнцу планета, является ключом к пониманию ранней истории Солнечной системы.

Технологические достижения

Миссия продемонстрировала возможность создания космических аппаратов, способных работать в экстремальных условиях. Разработанные технологии теплозащиты и автономной навигации могут быть использованы в будущих миссиях к Солнцу и другим горячим объектам.

Международное сотрудничество

BepiColombo — пример успешного сотрудничества между ЕКА и JAXA. Европейская сторона отвечала за MPO и MTM, японская — за MMO. Научные данные будут обрабатываться объединёнными командами учёных из обеих стран.

Критика и сложности

Проект неоднократно критиковался за высокую стоимость и длительные сроки реализации. Задержки привели к увеличению бюджета на несколько сотен миллионов евро. Также высказывались опасения по поводу сложности гравитационных манёвров: любой сбой мог привести к потере аппарата. На момент запуска существовали технические риски, связанные с работой солнечных батарей в условиях высокой температуры.

Источники

• Европейское космическое агентство (ESA). «BepiColombo Mission Overview».
• Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA). «BepiColombo / Mercury Magnetospheric Orbiter».
• NASA. «Solar System Exploration: BepiColombo».
• Научные публикации в журналах Nature и Science (2018–2024).
• Книга «BepiColombo: Mission to Mercury» под ред. J. Benkhoff, 2020.