Хаябуса-2

Хаябуса-2 (яп. はやぶさ2, «Сапсан-2») — автоматическая межпланетная станция (АМС) Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), предназначенная для исследования астероида (162173) Рюгу и доставки образцов его грунта на Землю. Аппарат стал вторым в истории (после миссии «Хаябуса»), который успешно собрал пробы вещества с поверхности астероида и вернул их на Землю. Миссия стартовала 3 декабря 2014 года, а капсула с образцами приземлилась 5 декабря 2020 года в Австралии.

История и предпосылки

Предшественник «Хаябуса-2» — аппарат «Хаябуса» (запущен в 2003 году) — впервые в истории доставил на Землю образцы грунта с астероида (25143) Итокава, несмотря на многочисленные технические неполадки. Опыт этой миссии показал необходимость более надёжной конструкции и расширенного набора научных инструментов. Разработка «Хаябуса-2» началась в 2010 году под руководством JAXA. Основной целью стало изучение астероида типа C (углеродистого), который, как предполагается, содержит органические соединения и воду — ключевые «кирпичики» для зарождения жизни на Земле.

Цели миссии

• Сбор образцов реголита с поверхности астероида Рюгу (как с верхнего слоя, так и из-под него, где вещество не подвергалось космическому выветриванию).
• Изучение состава, структуры и динамики астероида с помощью дистанционных методов.
• Тестирование технологий точного приземления и взлёта с малого небесного тела.
• Проверка возможности создания искусственного кратера для доступа к подповерхностному материалу.

Конструкция аппарата

«Хаябуса-2» представлял собой аппарат массой около 609 кг на старте (включая 66 кг ксенона для ионных двигателей и 16 кг топлива для химических двигателей). Корпус имел форму параллелепипеда размерами 1,0 × 1,6 × 1,4 м. Энергоснабжение обеспечивалось двумя солнечными панелями общей мощностью 2,6 кВт на расстоянии 1 а.е. от Солнца.

Силовая установка

Основная двигательная система — четыре ионных двигателя (три рабочих и один резервный), работающих на ксеноне. Они обеспечивали удельный импульс около 3000 секунд и суммарную тягу до 28 мН. Для коррекции орбиты и ориентации использовались также 12 малых химических двигателей на гидразине.

Научное оборудование

На борту находились следующие приборы:

• Камера ONC (Optical Navigation Camera) — три камеры (W1, W2, T) для навигации и съёмки.
• Лазерный альтиметр LIDAR — для измерения расстояния до поверхности и построения карт рельефа.
• Инфракрасный спектрометр NIRS3 — для анализа минерального состава.
• Тепловой инфракрасный камера TIR — для измерения температуры поверхности.
• Микроволновый радиометр — для изучения подповерхностного слоя.
• Малый спускаемый аппарат MASCOT (разработанный DLR и CNES) — для исследования поверхности вблизи.
• Три мини-ровера MINERVA-II (Rover 1A, 1B, 2) — для передвижения по поверхности и сбора данных.

Хронология миссии

Запуск и перелёт

«Хаябуса-2» был запущен 3 декабря 2014 года с космодрома Танэгасима с помощью ракеты-носителя H-IIA. После отделения аппарат начал длительный перелёт к астероиду Рюгу, используя гравитационный манёвр у Земли (3 декабря 2015 года). В ходе перелёта проводились калибровки приборов и наблюдения других астероидов.

Прибытие к Рюгу

27 июня 2018 года аппарат вышел на орбиту вокруг астероида Рюгу на высоте около 20 км. Рюгу оказался астероидом неправильной формы, напоминающим волчок, с диаметром около 900 метров. Его поверхность была покрыта крупными валунами, что затруднило выбор безопасных мест для посадки.

Сбор образцов

Первая попытка забора грунта состоялась 21 февраля 2019 года. Аппарат опустился на поверхность, выстрелил в неё танталовым снарядом и собрал выброшенные частицы через специальную воронку. Вторая попытка — 11 июля 2019 года — была более сложной: для доступа к подповерхностному веществу «Хаябуса-2» сбросил на астероид ударный заряд (Small Carry-on Impactor), создавший искусственный кратер диаметром около 10 метров. Затем аппарат сел вблизи кратера и взял пробы из обнажившегося слоя.

Исследование поверхности

Помимо забора грунта, «Хаябуса-2» выпустил на поверхность Рюгу три мини-ровера и спускаемый аппарат MASCOT. Они передали данные о составе, температуре и магнитном поле астероида. MASCOT проработал 17 часов, а роверы — несколько месяцев.

Возвращение на Землю

13 ноября 2019 года аппарат покинул орбиту Рюгу и начал обратный перелёт. 5 декабря 2020 года капсула с образцами (массой около 5,4 грамма) отделилась от станции и вошла в атмосферу Земли, приземлившись в пустыне Вумера (Австралия). Сам «Хаябуса-2» после отделения капсулы продолжил полёт к астероиду (98943) 2001 CC21, а затем к астероиду 1998 KY26 — это расширенная миссия, получившая название «Хаябуса-2#».

Научные результаты

Анализ доставленных образцов, проведённый в лабораториях Японии, США и Европы, показал, что грунт Рюгу содержит органические соединения, включая аминокислоты (например, глицин и аланин), а также водород, углерод и азот в количествах, близких к составу углеродистых хондритов. Кроме того, в образцах обнаружены следы воды в виде гидроксильных групп. Эти данные подтверждают гипотезу, что астероиды типа C могли доставить на раннюю Землю органику и воду, необходимые для возникновения жизни.

Также установлено, что Рюгу имеет пористую структуру и низкую плотность (около 1,19 г/см³), что указывает на его образование из обломков более крупного тела. Поверхность астероида оказалась древнее, чем предполагалось — возраст некоторых участков превышает 4,5 миллиарда лет.

Значение миссии

«Хаябуса-2» стал одной из самых успешных межпланетных миссий XXI века. Она продемонстрировала возможность точного приземления на малое небесное тело, забора образцов из-под поверхности и возврата их на Землю. Технологии, отработанные в ходе миссии (ионные двигатели, автономная навигация, ударные зонды), используются в последующих проектах JAXA, включая миссию по исследованию марсианских спутников MMX.

Критика и сложности

Миссия столкнулась с рядом технических проблем: отказ одного из ионных двигателей на раннем этапе (был заменён резервным), сложности с выбором места посадки из-за каменистого рельефа Рюгу, а также задержки в графике из-за необходимости дополнительных манёвров. Критики отмечали высокую стоимость проекта (около 290 млн долларов США) и длительность миссии (более 6 лет), однако научная отдача полностью оправдала затраты.

Источники

• JAXA. «Hayabusa2: Mission Overview». — 2020.
• Watanabe, S. et al. «Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu». — Science, 2019.
• Kitazato, K. et al. «The surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy». — Science, 2019.
• Yada, T. et al. «Preliminary analysis of the Hayabusa2 samples returned from C-type asteroid Ryugu». — Nature Astronomy, 2021.
• Tachibana, S. et al. «Hayabusa2: The next Japanese sample-return mission to asteroid 1999 JU3». — Acta Astronautica, 2014.