Rosetta

Rosetta — это космический аппарат Европейского космического агентства (ЕКА), предназначенный для изучения кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Миссия стала первой в истории, в ходе которой искусственный спутник вышел на орбиту вокруг кометного ядра и сопровождал его на пути к Солнцу, а также осуществил контролируемую посадку спускаемого модуля на поверхность кометы.

История создания и цели миссии

Идея миссии по исследованию кометы с помощью орбитального аппарата и посадочного модуля возникла в ЕКА в середине 1980-х годов. Первоначально проект планировался как совместная программа с НАСА (программа «Кометный астероидный пролёт»), но после выхода США из проекта в 1992 году ЕКА приняло решение разрабатывать миссию самостоятельно. Название «Rosetta» было выбрано в честь Розеттского камня — древней плиты с надписями на трёх языках, позволившей расшифровать египетские иероглифы. По аналогии, учёные надеялись, что данные, полученные с кометы, помогут «расшифровать» историю и состав ранней Солнечной системы.

Основные научные цели миссии включали:

• определение химического и изотопного состава кометного ядра;
• изучение физических свойств поверхности и внутреннего строения;
• анализ газов и пыли, выбрасываемых кометой при нагреве;
• исследование взаимодействия кометы с солнечным ветром.

Конструкция и приборы

Орбитальный аппарат

Корпус аппарата имел форму параллелепипеда размерами 2,8 × 2,1 × 2,0 м. Размах двух солнечных панелей составлял 32 м, общая площадь — 64 м². На момент запуска масса аппарата составляла около 3000 кг, из которых примерно 1650 кг приходилось на топливо.

Rosetta была оснащена 11 научными инструментами, включая:

• ALICE — ультрафиолетовый спектрометр для анализа состава газов;
• OSIRIS — система камер с высоким и низким разрешением;
• VIRTIS — спектрометр видимого и инфракрасного диапазона;
• MIRO — микроволновый радиометр для измерения температуры и газов;
• ROSINA — масс-спектрометр для определения состава кометной атмосферы;
• COSIMA — анализатор пылевых частиц;
• GIADA — детектор пылевых частиц;
• MUPUS — пенетратор для измерения механических свойств поверхности;
• CONSERT — радар для зондирования внутреннего строения ядра;
• РПК — российский прибор для измерения газового состава (разработка Института космических исследований РАН).

Спускаемый модуль «Фила»

Посадочный модуль Philae (назван в честь острова Филы на Ниле, где был найден обелиск, дополнивший Розеттский камень) имел массу около 100 кг. Он нёс 10 приборов, в том числе:

• APXS — альфа-протон-рентгеновский спектрометр;
• CIVA — система панорамных камер и спектрометров;
• COSAC — газовый хроматограф и масс-спектрометр;
• PTOLEMY — масс-спектрометр для изотопного анализа;
• ROLIS — камера для съёмки поверхности;
• SESAME — набор датчиков для измерения электрических и механических свойств грунта;
• MUPUS — пенетратор и термозонд;
• ROMAP — магнитометр и плазменный зонд.

Модуль был оснащён гарпунами и ледовыми бурами для закрепления на поверхности кометы, а также системой амортизации для мягкой посадки.

Хронология миссии

Запуск и перелёт

Аппарат был запущен 2 марта 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане с помощью ракеты-носителя «Ариан-5G+». Из-за недостаточной мощности ракеты для прямого вывода на траекторию к комете была выбрана сложная схема полёта с четырьмя гравитационными манёврами: три у Земли (2005, 2007, 2009) и один у Марса (2007).

Во время перелёта Rosetta провела наблюдения двух астероидов:

• Штейнс (5 сентября 2008 года) — пролёт на расстоянии 800 км;
• Лютеция (10 июля 2010 года) — пролёт на расстоянии 3162 км.

Выход на орбиту и сближение

6 августа 2014 года после десятилетнего перелёта Rosetta вышла на орбиту вокруг кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Комета имела необычную форму, напоминающую «резиновую уточку» — два крупных сегмента, соединённых узкой перемычкой. Ядро имело размеры примерно 4,1 × 3,3 × 1,8 км.

Посадка модуля «Фила»

12 ноября 2014 года в 08:35 UTC спускаемый модуль Philae отделился от орбитального аппарата и начал спуск к поверхности кометы. Посадка произошла в 15:34 UTC, однако из-за отказа гарпунов и отсутствия закрепления модуль дважды отскочил от поверхности и окончательно остановился в тени скалы, в месте, названном «Абидос». Солнечные батареи модуля не получали достаточного освещения, что ограничило время работы до 57 часов. За это время Philae успел выполнить большинство запланированных экспериментов, включая бурение и анализ грунта, и передал данные на Землю.

Основная фаза и завершение миссии

После посадки Rosetta продолжала сопровождать комету, наблюдая за её активностью по мере приближения к Солнцу. Перигелий (максимальное сближение с Солнцем) комета прошла 13 августа 2015 года на расстоянии 186 млн км. В этот период скорость выброса газов и пыли с поверхности резко возросла.

30 сентября 2016 года, исчерпав запасы топлива, Rosetta совершила контролируемое падение на поверхность кометы в районе «Маат» (Maat region). В момент столкновения аппарат продолжал передавать данные. Миссия официально завершилась в 11:19 UTC.

Научные результаты

Данные, полученные в ходе миссии, существенно расширили представления о кометах и ранней Солнечной системе. Основные открытия включают:

• Химический состав: в кометном веществе обнаружены аминокислота глицин, фосфор, а также сложные органические молекулы, включая сахара и спирты. Это подтвердило гипотезу о том, что кометы могли доставлять на Землю органические «кирпичики жизни».
• Изотопный состав: соотношение дейтерия к водороду в воде кометы оказалось в 3 раза выше, чем в земной океанической воде, что указывает на то, что вода на Земле вряд ли была принесена кометами типа 67P.
• Форма и структура ядра: комета оказалась бинарным объектом с пористостью около 70–80 %, что соответствует модели «рыхлого снега» или «пемзы». Поверхность покрыта слоем пыли толщиной до нескольких метров.
• Магнитное поле: комета не имеет собственного магнитного поля, что опровергло ряд гипотез о её формировании.
• Активность: выбросы газа происходят не только из освещённых участков, но и из трещин на ночной стороне. Струи пыли и газа имеют сложную динамику, связанную с вращением ядра.
• Температура: поверхность кометы днём нагревается до -43 °C, ночью остывает до -183 °C. Внутренние слои остаются холодными (около -203 °C).

Значение миссии

Миссия Rosetta стала одной из самых сложных и успешных в истории космонавтики. Она впервые продемонстрировала возможность длительного сопровождения кометы, выхода на орбиту вокруг её ядра и контролируемой посадки. Полученные данные используются для моделирования эволюции комет, а также для оценки потенциальной опасности комет для Земли и возможности использования их ресурсов в будущем.

После завершения миссии ЕКА признало её «одним из величайших достижений европейской космической науки». В 2017 году миссия была удостоена премии «Лавлейс» (Lovelace Award) за выдающийся вклад в планетологию.

Источники

• Европейское космическое агентство (ESA) — официальные материалы миссии Rosetta
• Научные публикации в журналах Nature, Science, Astronomy & Astrophysics (2014–2017)
• Институт космических исследований РАН — описание приборов РПК и MUPUS
• Книга «Rosetta: The Remarkable Story of Europe’s Comet Chaser» (Matt Taylor, 2016)
• Данные NASA Planetary Data System (PDS) по комете 67P/Чурюмова — Герасименко