Главная › Рождение ребенка › Миссия к Сатурну: Кассини-Гюйгенс. Титанический проект «Кассини-Гюйгенс»

Миссия к Сатурну: Кассини-Гюйгенс. Титанический проект «Кассини-Гюйгенс»

Сатурн, один из последних «шедевров» Кассини

Ряд исследований Сатурна был начат «Пионером-11» — межпланетной станцией американского производства – в 1973 году, продолжен двумя «Вояджерами».

Благодаря этим экспедициям о Сатурне, его кольцах и спутниках удалось выяснить очень и очень многое, но не вышло главное: увидеть, какова она, поверхность этой загадочной планеты. Несмотря на множество полученных фотографий и новых данных, вскоре было решено, что необходимо начать новый проект, который позволит взглянуть на этот космический объект с новой стороны. Таким проектом стала миссия двух аппаратов – «Кассини» и «Гюйгенс».

Исследование Сатурна: миссия Кассини-Гюйгенс обошлось для Америки в довольно круглую сумму – около трех миллиардов долларов, но это стоило того. Его строительством, разработкой и оборудованием занимались весьма известные в кругах исследователей космоса организации.

В итоге, был получен аппарат высотой в 10 метров и стартовым весом в 6 тонн с 12 научными приборами на борту, штангой в 11 метров для магнитометра и проводкой, чья полная длина составляет около четырнадцати километров.

Для связи с Землей итальянцами была создана специальная антенна длиной в четыре метра. Аппарат, правда, не использует солнечные батареи, что объяснимо: у Сатурна это бессмысленно. Вместо них роль энергических емкостей выполняют три термоэлектрических и радиоизотопных генератора, в которых находится 33 килограмма чрезвычайно радиоактивного плутония, благодаря которым аппарат может работать около двухсот лет.

Также стоит отметить, что половина стартового веса «Кассини» — не что иное, как топливо, которое необходимо для торможения, выхода на орбиту Сатурна и многих других специальных маневров.

Гюйгенс

Этот аппарат является не чем иным, как зондом, чья задача заключалась в посадке на спутник Сатурна – Титан. В его оборудование входят целых шесть приборов, позволяющих максимально детально изучить поверхность спутника, и десантная камера, что должна запечатлеть как можно больше пейзажей малоизученного объекта. Весит этот зонд около 350 килограммов и является дополнением к «Кассини»: их пункты назначения весьма близки друг к другу.

Виды Сатурна и его спутников с аппарата Кассини

Полет

Запуск «Кассини» и прикрепленного к нему «Гюйгенса» состоялся в 1997 году 15 октября. Для вывода аппарата в космос понадобилась специальная, особая ракета-носитель «Титан-4Б» и дополнительный блок для разгона под названием «Кентавр». По многим причинам (прямой дороги в любой из галактик не существует) первоначальным направлением «Кассини» стала Венера.

Для того, чтобы разогнаться, аппарат в течении двух лет использовал гравитационные поля трех планет. Тем не менее, до встречи с планетой – пунктом назначения – он находился в своеобразном анабиозе: все его системы использовались лишь на пару процентов. И вот, зимой 2000 года «Кассини» наконец-то прошел мимо Сатурну, активизировался и сделал свои первые снимки, изображающие «Великана» в подобной лунной первой четверти, что с Земли увидеть практически не представляется возможным.

Правда, перед тем, как максимально близко приблизится к величественному Сатурну, «Кассини» проходил мимо его не менее загадочного спутника – Феба, чьи снимки передал на Землю. Они оказались настоящей сенсацией: впервые этот объект был рассмотрен так хорошо. Фотографии показали, что Феб очень похож на астероид, что он имеет неправильную форму, что его размеры равны примерно двумстам километрам. Также было обнаружено, что этот спутник по большей части состоит изо льда, чем сильно напоминает Харона, что значит, что Феб куда более близок по своей структуре к кометам, нежели к астероидам. Это открытие определенно приближает человечество к разгадке большинства тайн системы Сатурна.

Самым важным этапом для «Кассини» само собой стал вход на орбиту «Великана». Он состоялся при помощи специального маневра торможения первого июля 2004 года. В то время он сумел даже пройти между двумя кольцами (F и G). Несколько раз столкнувшись с препятствиями, но оставшись без значительных повреждений аппарат максимально близко подошел к Сатурну и оказался на его орбите. После этого достижения «Кассини» пришлось сделать 74 оборота вокруг планеты в течение четырех лет, преодолевая огромное расстояние, равное 1,7 миллиарда километров, и изучая и поверхность Сатурна, и его спутников. Среди последних особое внимание определенно уделено Титану – было решено совершить 45 оборотов вокруг него.

Достижения

Среди всех достижений, которые были достигнуты благодаря «Кассини» и «Гюйгенсу», можно особо выделить не только довольно подробную съемку поверхности Сатурна, а и его многочисленных спутников: Мимаса, Реи, Феба, Титана, Тефии, Дионы и Гипериона, а также Эпиметия. Но это еще не конец: экспедиция «Кассини» еще продолжится до 2017 года, что позволит узнать о системе Сатурна гораздо больше.

Вихрь в северном полушарии Сатурна напоминает красивейшую красную розу гигантских размеров, окруженную зеленой листвой. Фотографию сделал космический аппарат Кассини, НАСА. Максимальная скорость достигла ошеломляющих 150 метров в секунду, а диаметр торнадо составила 2000 километров. Снимок сделан на расстоянии примерно 419 000 км от Сатурна. (NASA / JPL-Caltech / SSI)

Сатурн во время равноденствия. Свет солнца, отражаемый планетой, попадает на спутники, освещая их. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Тени кольцевой линии далекого Сатурна, обеспечивают изысканный фон для блестящей, белой сферы Энцелада. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Сатурна Прометей (диаметр 86 километров) периодически создает стримерные каналы. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Крупнейший спутник Сатурна и второй по величине спутник - Титан и Рея, находятся друг напротив друга. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Фотография малого спутника Сатурна - Елены, была сделана 3 марта 2010 года. Диаметр Елены составляет 33 километра. (NASA / JPL / Space Science Institute)

На снимке видна поверхность Дионы, фотография спутника сделана 12 октября 2005 года, на расстоянии примерно 23 029 км. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Вертикальная структура главных колец Сатурна. Космический аппарат Кассини, НАСА запечатлел кольца в июле 2009 года. На этом изображении, узкий угол обзора камеры Кассини захватил 1200 -километровый участок внешнего края кольца. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Кассини сфотографировал спутник Сатурна Мимас. На снимке виден кратер Гершель, ширина которого, по правой стороне, составляет 130 км. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Этот необычный лабиринт из линий, запечатленный Кассини, на самом деле является фотографией газового гиганта Сатурна, его колец и небольшого ледяного спутника Мимаса. Кольца отбрасывают темные тени на северное полушарие Сатурна, создавая эффект фотонегатива. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Горные пики экваториального хребта Япета. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Темная и светлая поверхность в северном полушарии Япета (1468 километров в поперечнике). (NASA / JPL / Space Science Institute)

Космический аппарат Кассини сфотографировал спутник Диона, на переднем плане видно южное полушарие спутника Сатурна Реи. (NASA / JPL / Space Science Institute)

На снимке изображен Калипсо (21 километр в поперечнике). Это один из двух спутников Тетиса. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Менее чем за 20 минут после подхода Кассини к Титану, 31 марта 2005 года, камеры запечатлели этот вид Сатурна через верхние слои атмосферы Титана. Северную часть диска Сатурна можно увидеть в левом верхнем углу; темные горизонтальные линии являются тенями от колец Сатурна. Снимок был сделан на расстоянии 7980 километров от Титана. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Это изображение показывает первую вспышку солнечного света, отраженного от озера на спутнике Сатурна Титане. Блеск от зеркальной поверхности известен как зеркальное отражение. Блеск был обнаружен инфракрасным спектрометром, размещенном на космическом аппарате Кассини, 8 июля 2009 года. Это подтвердило наличие жидкости в северном полушарии спутника, где озер гораздо больше, чем в южном полушарии. Ученые предполагают, что озера наполнены жидким этаном и метаном. (NASA / JPL / Университет Аризоны / DLR)

Титан светится на закате. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Загадочный шестиугольник на северном полюсе Сатурна. (NASA / JPL / Space Science Institute)

5 октября 2008 года, Кассини сфотографировал эту потрясающую мозаику Энцелада. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Космический аппарат Кассини, успешно завершил свою миссию 1 октября 2011, облетев спутник Сатурна Энцеладу и запечатлев струи водяного пара и льда. Во время своего наибольшего сближения, космический аппарат пролетел в 100 километрах от поверхности спутника. Такое сближение было необходимо для того, что бы космический аппарат смог захватить газ, извергаемый спутником для дальнейшего изучения. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Фотография сделана 31 октября 2008, во время облета спутника Сатурна Энцелада, на расстоянии примерно 1691 километров. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутники Атлас и Пан видны со стороны Сатурна. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Космический аппарат Кассини, пролетел мимо Эпиметея, (116 километров) в декабре 2007 года, сделав детальные изображение южного полюса спутника. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Сатурна Мимас выглядывает из-за большего спутника Дионы. Фотография сделана космическим аппаратом Кассини 12 декабря 2011. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Вихрь на северном полюсе Сатурна, виден в инфракрасном диапазоне. Глаз огромного циклона составляет около 2000 километров в ширину. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Поверхность спутника Сатурна Дионы, фотография сделана 11 октября 2005 года. Космический аппарат Кассини смог запечатлеть нереальный ландшафт спутника. На снимке видны кратеры и холмы, расположенные на поверхности. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Прометей создает сложный узор в кольце F. Фотография сделана в августе 2009. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Всплеск яркости, виден на кольцах Сатурна. Он появляется, когда солнце находится непосредственно позади корабля, создавая красочный ореол света. (NASA / JPL / Space Science Institute)

Спутник Мимас (397 километров в поперечнике) виднеется на расстоянии примерно 191 000 километров. (NASA / JPL / Space Science Institute)

ТАСС-ДОСЬЕ. 16 августа 2017 года автоматическая межпланетная станция Cassini, которая с июля 2004 года вела исследования Сатурна, завершила свою миссию и начала спуск в атмосферу планеты.

Станция прекратит существование, предположительно, 15 сентября 2017 года Cassini - единственный космический аппарат, который исследовал Сатурн с его орбиты.

В 1979 году рядом с Сатурном пролетел американский аппарат Pioneer 11 - он прошел на расстоянии около 20 тыс. км от поверхности планеты. Первые детальные снимки Сатурна были получены с американских аппаратов Voyager 1 в 1980 году и Voyager 2 в 1981 году.

Проект Cassini

Основной целью проекта Cassini было исследование Сатурна и его спутника Титана, а также доставка на Титан спускаемого зонда Huygens.

Станция названа в честь итальянского и французского астронома Джованни Кассини, зонд - в честь нидерландского физика, математика и астронома Христиана Гюйгенса.

Это совместный проект американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), Европейского космического агентства (EKA), Итальянского космического агентства, а также ряда европейских академических организаций. Всего в программе было задействовано около 260 ученых из 17 стран мира. Спускаемый зонд был создан ЕКА, агрегатный отсек станции изготовлен специалистами фирмы Lockheed Martin. Управление полетом осуществляло подразделение NASA - Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL).

Характеристики автоматической станции

Габариты станции: высота - 6,7 м, ширина - 4 м. Стартовая масса - 5,71 т, в тjv числе зонд Huygens (320 кг), научные приборы (336 кг) и топливо (3,13 т).

Источник энергии - радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые были предоставлены Минобороны США. РИТЭГ использует топливо на основе радиоактивного плутония-238. На борту Cassini 12 научных инструментов: масс-спектрометр ионов и нейтральных частиц, ультрафиолетовый радар (для построения подробных карт поверхности Титана и других спутников Сатурна), магнитометр и др.

Запуск и полет

Cassini была запущена 15 октября 1997 года с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) ракетой-носителем Titan IV-B с разгонным блоком Centaur.

В ходе полета она совершила четыре гравитационных маневра: два раза пролетела рядом с Венерой (1998, 1999), по одному разу - с Землей (1999) и Юпитером (2000).

Цели своего путешествия - Сатурна - станция достигла 30 июня 2004 года, став искусственным спутником этой планеты. Зонд был спущен на Титан 14 января 2005 года.

После выполнения основной программы миссия Cassini была продлена: сначала - до 2010 года, затем - до 2017 года. Всего на 16 августа 2017 года Cassini находилась в полете 19 лет 10 месяцев один день, из них 13 лет один месяц 15 дней она вела исследования Сатурна и его спутников.

Итоги миссии

В 2004 году с помощью Cassini были открыты три новых спутника Сатурна, получившие названия Мефона, Паллена и Полидевк. В 2005 году был получен снимок Дафниса - одного из трех спутников планеты, орбита которых проходит внутри колец. В апреле 2017 года обнаружены свидетельства гидротермальной активности на Энцеладе, что указывает на возможность существования жизни в подледном океане этого спутника Сатурна. 26 апреля станция впервые совершила пролет между Сатурном и его кольцами. В ходе маневра она прошла в 3 тыс. км от верхних слоев облаков планеты и в 300 км от внутреннего края колец. Cassini отсняла около 67% поверхности Титана. В заключительной части миссии Cassini будет использована для получения дополнительных сведений об атмосфере Сатурна.

Решение управляемым образом свести Cassini с орбиты Сатурна было принято в связи с тем, что запасы ракетного топлива на исходе и автоматическая станция вскоре может перейти в неконтролируемый полет.

Американский аппарат "Кассини", запущенный в октябре 1997г., предназначен для изучения Сатурна и его спутника Титана. Cтанция прошла мимо и Юпитера, прибыв к Сатурну 30 июня 2004г. и став первым искусственным спутником этой планеты.

"Кассини" несет на борту европейский зонд "Гюйгенс", который в январе 2005г. впервые должен опуститься на Титан - единственный в Солнечной системе спутник с плотной атмосферой. За время своей миссии "Кассини" совершит не менее 76 оборотов вокруг планеты-гиганта и 45 сближений с Титаном.

Разработка и сборка "Кассини" была осуществлена в Лаборатории реактивного движения НАСА (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Зонд "Гюйгенс" создан Европейским космическим агентством. Весь проект обошелся более чем в 3,4 млрд. долл., 75% этой суммы выделили США. Следует заметить, что в настоящее время только НАСА делает радиоизотопные электрические генераторы, являясь тем самым монополистом в производстве аппаратов, предназначенных для изучения дальних планет. На орбите Сатурна "Кассини" должен провести не менее 4 лет, сделав 76 витков вокруг планеты, включая 45 сближений с Титаном, 3 - с Энцеладом и по одному с Фебой, Гиперионом, Дионой и Реей.

Не исключено, что миссия будет продлена и на больший срок. Ранее мимо Сатурна пролетали "Пионер-11" и "Вояджеры". В миссию "Кассини" входит изучение: атмосферы Сатурна, включая ее динамику, структуру, облака, ветры, молнии, температуру и химический состав; ионосферы и магнитного поля планеты; колец Сатурна, включая составление карты химического состава и размера частиц колец; взаимодействия колец со спутниками, ионосферой и магнитным полем Сатурна; химического состава и структуры атмосферы Титана; поверхности Титана, включая ее физическое состояние (жидкая/твердая), химический состав, рельеф и геологию; других спутников Сатурна. В частности, планируется получение снимков поверхности Титана с борта "Гюйгенса", а также составление карты Титана с помощью радара "Кассини". Траектория полета "Кассини" была рассчитана с целью минимизации затрат топлива. В результате аппарат два раза прошел мимо Венеры (в 1998г. и 1999г.), один раз мимо Земли, а также мимо Юпитера. Таким образом, в миссию станции вошли задачи по изучению Венеры и Юпитера (включая совместные эксперименты с "Галилео").

Вес "Кассини" при старте составил 5710 кг, включая 320-килограммовый "Гюйгенс", 336 кг научных приборов и 3130 кг топлива. Размеры станции составляют 6,7 м в высоту и 4 м в ширину. Магнитометр смонтирован на 11-метровой мачте, имеются также три 10-метровые выносные конструкции, выполняющие роль антенн для регистрации волн в плазме. Аппарат содержит 14 км проводов и кабелей. Орбитальный модуль "Кассини" несет 12 научных приборов, "Гюйгенс" - еще 6, что позволяет проводить 27 различных научных экспериментов. Аппарат содержит внушительную компьютерную начинку.

Фактически каждый научный инструмент снабжен собственным микрокомпьютером, а все инженерные системы - двумя (с целью повышения надежности). Основной компьютер производства фирмы IBM имеет память в два "мегаслова" (megaword). Компьтер спроектирован для применения в авиации и ранее доказал свою высокую надежность в экстремальных условиях эксплуатации. Компьютерная система имеет многоступенчатую систему защиты от ошибок и сбоев. Хранение научной и служебной информации осуществляется специальным устройством, не имеющим движущихся частией (на предшествующих аппаратах использовалась магнитная лента). Выработка электроэнергии осуществляется тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами. "Кассини" несет на борту свыше 30 кг плутония-238, который распадаясь выделяет тепло, преобразуемое в электричество.

На аппарате установлены два основных реактивных двигателя мощностью по 445 ньютонов (двигатель продублирован на случай поломки). "Кассини" также оборудован 16-ю двигателями малой тяги, используемыми для стабилизации аппарата, а также при малых орбитальных маневрах.

"Кассини" стабилизирован в трех плоскостях за счет работы двигателей, а также специальных дисковых устройств (точно направленная стабилизация аппарата достигается за счет поворота дисков, осуществляемых электромоторами) и гироскопов. Навигация осуществляется по звездам, в компьютер заложены координаты 5000 звезд.

Аппарат оборудован одной основной и двумя маломощными антеннами. Основная антенна используется для связи с Землей на частоте 8,4 Ггц, для приема данных от "Гюйгенса", а также как радар. Антенна также используется при проведении экспериментов по прохождению радиосигнала (в разных диапазонах) через атмосферы Сатурна и Титана и кольца , что позволяет определить давление в атмосферах, размер частиц колец и др. параметры. До отлета "Кассини" на значительное расстояние от Солнца 4-метровая тарелка основной антенны использовалась для защиты аппарата от солнечного излучения. Поскольку при этом антенна не была направлена на Землю, для связи использовались две маломощные антенны (в принципе для связи с Землей достаточно одной маломощной антенны).

"Кассини" оборудован двумя камерами: для обзорных снимков и для снимков небольших областей с высоким разрешением. Камеры работают не только в видимом диапазоне, но захватывают также часть инфракрасного и ультрафиолетового спектра. Электронная система камер позволяет сжимать снимки "на лету". Разрешение камеры позволяет увидеть монету диаметром 1,5 см с расстояния 4 км. Планируется получить сотни тысяч снимков.

Установленный на "Кассини" инфракрасный спектрометр предназначен для определения температуры и состава атмосферы или поверхности объекта. В частности, прибор позволяет определить распределение температуры и давления в глубину атмосферы, состав газов, а также структуру облаков и паров. Прибор работает в ближней и средней области инфракрасного излучения, его чувствительность в 10 раз превышает соответствующий показатель "Вояджеров". Еще один инфракрасный спектрометр, работающий в видимой и инфракрасной частях спектра, выполняет те же задачи, позволяя увеличить количество данных. Кроме того, дополнительный спектрометр предназначен для выявления сложных органических ("пребиотических") веществ. Ультрафиолетовый спектрометр позволяет получать детальные изображения в ультрафиолете, что поможет в определении структуры атмосфер, температуры, структуры аэрозолей в атмосферах. Радар "Кассини" (использующий основную антенну) позволит картировать поверхность Титана, а также регистрировать радиоизлучение в широком диапазоне частот (включая частоты, недоступные с Земли).

Помимо этого на станции установлен прибор по регистрации радиоволн, а также волн в плазме. "Кассини" несет приборы для изучения магнитных полей, магнитосферы, регистрации заряженных частиц, регистрации пылевых частиц.

Спускаемый аппарат "Гюйгенс" (Huygens) имеет диаметр 2,7 м. Он состоит из двух частей: защитный модуль и спускаемый модуль. Защитный модуль содержит оборудование по контролю за аппаратом после отделения от "Кассини", а также мощный защитный слой, препятствующий гибели аппарата в результате разогрева при входе в атмосферу. При снижении будут использоваться три парашута.

В спускаемом модуле находятся научные приборы, включая: анализатор структуры и физических характеристик атмосферы (этот же прибор будет записывать "звуки Титана" после посадки), спектральный радиометр (способный работать как фотокамера и делать снимки, а также регистрировать распределение температур в атмосфере и на поверхности), газ-хроматограф и масс-спектрометр для анализа химического состава атмосферы, анализатор структуры и химического состава облачных частиц и взвеси, анализатор физических характеристик поверхности. Предусматривается, что "Гюйгенс" сядет на твердую или жидкую поверхность Титана в январе 2005г. и проработает несколько десятков минут (малое время работы обусловлено разрядкой батарей в условиях крайне низких температур, а также агрссивностью среды).

Всего через несколько часов аппарат "Кассини", с 2004 года находящийся на орбите Сатурна, сфотографирует нашу планету. Конечно, Земля не единственная и даже не главная цель сегодняшнего исследования, но думаю многим было бы интересно взглянуть на маленькую голубую точку с расстояния 1,44 миллиарда километров. Что интересно, практически одновременно с Кассини, 19 и 20 июля Землю будут фотографировать находящийся на орбите Меркурия аппарат "MESSENGER".

Возможно, кто-то даже захочет сегодня вечером/ночью (съемка начнется в в 21:27 по Гринвичу) выйти на улице и помахать "Кассини рукой". А пока, можно вспомнить лучшие фото этой миссии, которая длится уже свыше 15 лет.

До Сатурна, "Кассини" посетил Юпитер и сделал ряд снимков крупнейшей планеты Солнечной системы. На представленном фото один из самых известных спутников газового гиганта Ио, славящийся своей вулканической активностью.

Два "Титана". Крупнейший спутник Сатурна на фоне планеты.

Тигровые полосы Энцелада - одного из самых геологических активных и необычных тел Солнечной системы.

Огромная тень от планеты ложится на кольца Сатурна.

Вспышка солнечного света, отраженная от метанового озера на Титане.

Спутник Сатурна Прометей сфотографированный с расстояния приблизительно 34000 километров. Прометей еще называют "пастухом" кольца F. Гравитационное поле Прометея создаёт изломы и петли в кольцах и спутник как бы "крадёт" из них материал.

Прометей создает возмущение в кольце F.

Равноденствие на Сатурне.

Ледяное извержение на Энделаде. Считается что выбрасываемое со спутника вещество является источником, питающим внешнее кольцо Сатурна, известное как "Кольцо F"

Спутник Сатурна Мимас. Огромный кратер Гершеля, оставшийся в наследство от древнего катастрофического столкновения, чуть не расколовшего спутник пополам, делает его чем-то похожим на Звезду смерти.

Спутник Сатурна Гиперион. Необычный внешний вид обусловлен последствиями нескольких катастрофических столкновений на раннем этапе формирования солнечной системы. Плотность Гипериона настолько мала, что он, вероятно, состоит на 60 % из обычного водяного льда с небольшой примесью камней и металлов, а основную часть его внутреннего объёма составляют пустоты