Новые горизонты

«Новые горизонты» (англ. New Horizons) — автоматическая межпланетная станция (АМС) НАСА, предназначенная для исследования Плутона и его спутников, а также объектов пояса Койпера. Запущенная 19 января 2006 года, станция стала первым космическим аппаратом, совершившим близкий пролёт мимо Плутона (14 июля 2015 года) и передавшим на Землю детальные изображения и научные данные о карликовой планете и её системе. Впоследствии, 1 января 2019 года, «Новые горизонты» провели облёт самого далёкого на тот момент изученного объекта Солнечной системы — астероида Аррокот (2014 MU69) в поясе Койпера. Миссия считается одной из самых успешных в истории изучения внешних границ Солнечной системы.

История создания и запуск

Идея миссии к Плутону возникла ещё в начале 2000-х годов, когда этот объект оставался единственной крупной планетой, не посещённой космическими аппаратами. После закрытия проекта «Плутон-Экспресс» в 2000 году НАСА объявило конкурс на более лёгкую и дешёвую миссию. В ноябре 2001 года была выбрана концепция, предложенная Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) и Юго-Западным исследовательским институтом (SwRI). Руководителем научной группы стал Алан Стерн.

Создание: Аппарат строился в рекордно короткие сроки — менее четырёх лет. Основной задачей было обеспечить максимальную скорость для быстрого пролёта к Плутону. Для этого использовался радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) для энергоснабжения (поскольку солнечные батареи на таком удалении от Солнца неэффективны) и мощный разгонный блок для выхода на траекторию полёта.

Запуск: Старт состоялся 19 января 2006 года с мыса Канаверал (Флорида) с помощью ракеты-носителя «Атлас V» (модификация 551). Это был первый запуск в истории, когда ракета такого класса использовалась для межпланетной миссии. Аппарат получил начальную скорость около 16,26 км/с, что сделало его на момент старта самым быстрым космическим аппаратом, покидающим окрестности Земли (рекорд побит только в 2018 году зондом «Паркер»).

Траектория: Для набора дополнительной скорости станция выполнила гравитационный манёвр в поле тяготения Юпитера 28 февраля 2007 года. Этот манёвр сократил время полёта к Плутону на несколько лет и позволил заодно провести наблюдения Юпитера и его спутников, в том числе извержений вулканов на Ио.

Устройство и научные инструменты

«Новые горизонты» — компактный, энергоэффективный аппарат. Его основные характеристики:

Конструкция

• Размеры: Основной корпус имеет форму треугольной призмы (размеры примерно 2,1 × 2,7 × 0,7 м).
• Масса: Около 478 кг при старте, из которых примерно 77 кг — научные приборы, 30 кг — топливо для коррекций орбиты.
• Энергопитание: Один РИТЭГ (на основе диоксида плутония-238) мощностью около 240 Вт в начале миссии, снижавшейся с течением времени (к моменту пролёта Плутона — около 200 Вт).
• Система связи: Две антенны (основная — высоконаправленная, диаметром 2,1 м, и дополнительная), работающие в X-диапазоне. Скорость передачи данных с расстояния до Плутона составляла всего около 1-2 килобит в секунду. Полный объём накопленных во время пролёта Плутона данных (около 50 гигабит) передавался на Землю в течение 15 месяцев.
• Терморегуляция: Многослойная теплоизоляция и пассивные системы; аппаратура защищена от вакуума и космического холода.

Приборы

На борту установлено 7 основных научных приборов:

1. Ralph — спектрометр и камера видимого и инфракрасного диапазона (картографирование состава поверхности, температурных полей).
2. Alice — ультрафиолетовый спектрометр (анализ состава атмосферы, её температуры и плотности).
3. LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) — телескопическая камера высокого разрешения (получение детальных чёрно-белых снимков с расстояния до 10 000 км).
4. SWAP — анализатор солнечного ветра и плазмы (измерение взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Плутона).
5. PEPSSI — детектор энергетических частиц (регистрация частиц, выбиваемых из атмосферы Плутона).
6. SDC (Student Dust Counter) — счётчик космической пыли, созданный студентами Университета Колорадо.
7. REX (Radio Science Experiment) — радионаучный эксперимент (измерение атмосферного давления, температуры и массы объектов путём радиопросвечивания).

Основные научные результаты

Пролёт Плутона (июль 2015)

Система Плутона была исследована с беспрецедентной близости (минимальное расстояние — около 12 500 км от поверхности). Научные открытия включают:

• Сложный рельеф: Поверхность Плутона оказалась гораздо разнообразнее, чем предполагалось. Обнаружены гладкие азотные равнины («Сердце Плутона» — область Томбо), криовулканические структуры (гора Райт высотой 4-5 км), водяные горы и цепи ударных кратеров.
• Тектоническая активность: Наличие трещин и разломов указывает на продолжающуюся внутреннюю геологическую активность, по крайней мере в недавнем прошлом (активный внутренний океан под ледяной корой).
• Атмосфера: Обнаружена слабая, но протяжённая атмосфера Плутона, состоящая в основном из азота, с примесями метана и угарного газа. Было обнаружено наличие тумана (дымки) в атмосфере, простирающегося на высоту до 100-200 км.
• Спутники: Четыре малых спутника Плутона — Никта, Гидра, Кербер и Стикс — неожиданно оказались вращающимися хаотически (несинхронно с Плутоном) и имеющими неправильную форму. Харон, крупнейший спутник, показал признаки тектонической активности и криовулканизма, а также наличие сложного состава поверхности (вечная мерзлота).

Пролёт Аррокота (2019)

1 января 2019 года «Новые горизонты» прошли на расстоянии 3 500 км от объекта пояса Койпера 2014 MU69, позднее названного Аррокот. На момент пролёта это был самый удалённый объект, исследованный космическим аппаратом (6,6 млрд км от Земли).

• Форма: Аррокот оказался бинарным объектом, состоящим из двух долей, соединённых перешейком (так называемый «контактный бинар»). Внешне его сравнивали со «снеговиком».
• Состав и цвет: Поверхность Аррокота красноватого цвета (из-за наличия органических соединений — толинов). В её составе обнаружен метанол и водяной лёд.
• Геология: Помимо основной двойной структуры на поверхности видны небольшие кратеры, но сама форма очень гладкая, что говорит о медленном аккреционном росте объекта.

Дальнейшая миссия

После пролёта Аррокота аппарат продолжает движение в глубь пояса Койпера. В 2023 году «Новые горизонты» начали выполнять задачу по наблюдению дальних объектов пояса Койпера с помощью телескопа LORRI. В 2024–2025 годах станция будет измерять плотность пылевых частиц и параметры солнечного ветра на окраине Солнечной системы. Прогнозируется, что бортовые системы (в первую очередь РИТЭГ) будут обеспечивать работу приборов до начала 2030-х годов. Рассматривается возможность выбора для пролёта ещё одного (третьего) объекта пояса Койпера, если удастся найти подходящий.

Интересные факты

• На борту «Новых горизонтов» находится капсула с прахом первооткрывателя Плутона — Клайда Томбо.
• Аппарат передал в два раза больше данных, чем первоначально планировалось (около 60 гигабит вместо 30).
• «Новые горизонты» — шестой космический аппарат, достигший скорости, достаточной для покидания Солнечной системы (после «Пионеров-10,11» и «Вояджеров-1,2»).
• В честь миссии была названа одна из форм облаков в атмосфере Плутона — «новые горизонты».

Источники

1. НАСА. Миссия «Новые горизонты»: официальная страница проекта (NASA New Horizons).
2. Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Технические описания аппарата.
3. Юго-Западный исследовательский институт (SwRI). Научные публикации миссии.
4. Stern, A. et al. (2015). The Pluto System: Initial Results from the New Horizons Flyby.
5. Stern, A. et al. (2019). Initial Results from the New Horizons Exploration of 2014 MU69 (Arrokoth).