РОСКОСМОС: найти жизнь на Юпитере
Зонд плывет в ледяной пустоте. Прошло три года с момента его запуска на Байконуре и долгая дорога протянулась позади на миллиард километров. Благополучно пересечен астероидный пояс, хрупкие приборы выдержали жестокий холод мирового пространства. А впереди? Грозные электромагнитные бури на орбите Юпитера, смертельная радиация и сложная посадка на поверхность Ганимеда – крупнейшего из спутников исполинской планеты.
Согласно современной гипотезе, под поверхностью Ганимеда скрывается огромный теплый океан, который, возможно, населен простейшими формами жизни. Ганимед удален от Солнца в пять раз дальше Земли, 100-километровый слой льда надежно укрывает «колыбель» от космического холода, а чудовищное гравитационное поле Юпитера непрерывно «раскачивает» ядро спутника, создавая неиссякаемый источник тепловой энергии.
Российский зонд должен совершить мягкую посадку в одном из каньонов на ледяной поверхности Ганимеда. За месяц он пробурит лед на глубину нескольких метров и проведет анализ образцов – ученые надеются установить точный химический состав примесей льда, что даст некоторые представления о внутреннем строении спутника. Кое-кто верит, что удастся обнаружить следы внеземной жизни. Интереснейшая межпланетная экспедиция - Ганимед станет седьмым небесным телом*, на поверхности которого побывают земные зонды!
*Всего к настоящему моменту Человечеству удалось «ступить» на поверхность пяти небесных тел: Луны, Венеры, Марса, Титана и астероида Итокава. Сгоревший в верхних слоях атмосферы Юпитера зонд, сброшенный межпланетной станцией «Галилео» не в счет. На 2016 год запланирован старт миссии OSIRIS-REx, которая произведет забор грунта с поверхности астероида (101955) 1999 RQ36 в 2019 году.
«Европа-П» или техническая сторона проекта
Если слова вице-премьера Рогозина о «прилунении» Международной космической станции можно рассматривать как шутку, то прошлогоднее заявление главы Роскосмоса Владимира Поповкина о грядущей миссии на Юпитер выглядит как серьезное решение. Слова Поповкина полностью совпадают с мнением директора Института космических исследований РАН академика Льва Зеленого, который еще в 2008 году сообщил о намерении отправить научную экспедицию к ледяным спутникам Юпитера – Европе или Ганимеду.
Четыре года назад, в феврале 2009 г. было подписано международное соглашение о начале программы комплексного исследования Europa Jupiter System Mission, в которой, помимо российской межпланетной станции, к Юпитеру отправятся американская JEO, европейская JGO и японская станция JMO. Примечательно, что Роскосмос выбрал для себя самую дорогую, сложную и наиболее ответственную часть программы – в отличии от других участников, готовящих лишь орбитальные аппараты для исследования четырех «больших» спутников Юпитера (Европа, Ганимед, Каллисто, Ио) из космоса, российская станция должна совершить сложнейший маневр и мягко «прилуниться» на поверхности одного из выбранных спутников.
Сравнение размеров Земли, Луны и Ганимеда
Российская космонавтика берет курс на внешние области Солнечной системы. Восклицательный знак ставить здесь пока рано, но сам настрой обнадеживает. Репортажи из космических глубин выглядят гораздо интереснее репортажей с французской Ривьеры, где резвятся на отдыхе некоторые российские чиновники.
Как и в любом амбициозном проекте, в случае с российским зондом для изучения Ганимеда присутствует немало скептицизма, градус которого колеблется от грамотных и оправданных предостережений до откровенного сарказма в стиле «пополнение российской орбитальной группировки на дне Тихого океана».
Первый и, пожалуй, самый простой вопрос: зачем России эта супер-экспедиция? Ответ: если бы мы всегда руководствовались такими вопросами, человечество до сих пор сидело в пещерах. Познание и освоение Вселенной – в этом, пожалуй, и заключен главный смысл нашего существования.
Ждать каких-либо конкретных результатов и практической пользы от межпланетных экспедиций пока рано – так же, как и требовать от трехлетнего ребенка самостоятельно зарабатывать себе на жизнь. Но рано или поздно случится прорыв и нам обязательно пригодятся накопленные знания о далеких космических мирах. Возможно, уже завтра начнется космическая «золотая лихорадка» (с поправкой на какой-нибудь Иридий или Гелий-3) и у нас появится мощный стимул к освоению Солнечной системе. А может быть, просидим на Земле еще 10 000 лет, не в силах шагнуть в космическое пространство. Никто не знает, когда это случится. Но это неизбежно, судя по тому, с какой яростью и неукротимой энергией человек изменяет новые, ранее необжитые территории на нашей планете.
Второй вопрос, связанный с полетом к Ганимеду, звучит более жестко: под силу ли Роскосмосу проведение экспедиции такого масштаба? Ведь ни российские, ни советские межпланетные станции никогда не работали во внешних областях Солнечной системы. Отечественная космонавтика ограничивалось изучением ближайших небесных тел. В отличии от четырех маленьких «внутренних планет» с твердой поверхностью - Меркурия, Венеры, Земли и Марса, «внешние планеты» представляют из себя газовые гиганты, с совершенно неадекватными размерами и условиями на их поверхностях (и вообще, есть ли у них какая-то «поверхность»? Согласно современным представлениям, «поверхность» Юритера – это чудовищный слой жидкого водорода в глубине планеты под давлением в сотни тысяч земных атмосфер).
Но внутреннее строение газовых гигантов – пустяки, по сравнению со сложностями, которые возникают при подготовке к полету во «внешние области» Солнечной системы. Одна из ключевых проблем связана с колоссальной удаленностью этих районов от Солнца – единственным источником энергии на борту межпланетной станции становится собственный РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектро генератор), заправленный десятками килограммов плутония. Если бы такая «игрушка» была на борту «Фобос-Грунт», эпопея с падением станцией на Землю превратилась бы во всемирную «русскую рулетку»… Кому достался бы «главный приз»?
Межпланетная автоматическая станция "Новые горизонты". Сбоку торчит черный РИТЭГ с ребрами теплообменника
Впрочем, в отличие от еще более удаленного Сатурна, солнечное излучение на орбите Юпитера еще весьма чувствительно – к началу XXI века американцам удалось создать высокоэффективную солнечную батарею, которой оснастили новую межпланетную станцию «Юнона» (запуск к Юпитеру в 2011 году). Удалось избавиться от дорогого и опасного РИТЭГа, но размеры трех солнечных панелей «Юноны» просто огромны – каждая по 9 метров в длину и по 3 метра в ширину. Сложная и громоздкая система. Какое решение примет Роскосмос – пока никаких официальных комментариев не последовало.
Расстояние до Юпитера в 10 раз превышает расстояние до Венеры или Марса – следовательно, возникает вопрос о длительности полета и обеспечению надежности оборудования в течение многих лет работы в открытом космосе.
В настоящее время проводятся исследования в области создания высокоэффективных ионных двигателей для дальних межпланетных перелетов – несмотря на своё фантастическое название, это совершенно банальные и довольно простые устройства, которые применялись еще в системах ориентации советских спутников серии «Метеор». Принцип работы – из рабочей камеры истекает поток ионизированного газа. Тяга «супер-мотора» - десятые доли Ньютона… Если поставить «ионный двигатель» на маленький автомобиль «Ока», автомобиль «Ока» останется стоять на месте.
Секрет в том, что в отличии от обычных химических реактивных двигателей, кратковременно развивающих огромные мощности, ионный двигатель тихо работает в открытом космосе на протяжении всего времени полета к далекой планете. Бака сжиженного ксенона массой 100 кг хватает на десятки лет работы. В результате, через несколько лет аппарат развивает довольно солидную скорость, а учитывая то обстоятельство, что скорость истечения рабочего тела из сопла «ионного двигателя» во много раз выше, чем скорость истечения рабочего тела из сопла обычного ЖРД, перед инженерами открываются перспективы разгона космических кораблей до скоростей в сотни километров в секунду! Весь вопрос с наличием на борту достаточно мощного и ёмкого источника электрической энергии для создания магнитного поля в камере двигателя.
Ионный двигатель космического аппарат Deep Space-1
В 1998 году NASA уже экспериментировало с ионной силовой установкой на борту аппарата Deep Space-1. В 2003 году к астероиду Итокава отправился японский зонд Hayabusa, также оснащенный ионным двигателем. Получит ли будущий российский зонд подобный двигатель – покажет время. В принципе, расстояние до Юпитера не так велико, как, например, до Плутона, потому, главная проблема лежит в обеспечении надежности аппаратуры зонда и её защите от холода и потоков космических частиц. Будем надеяться, российская наука справится с непростой задачей.
Третья ключевая проблема на пути к далеким мирам звучит кратко и лаконично: Связь!
Обеспечение устойчивой связи с межпланетной станцией – этот вопрос не уступает по сложности постройке «Вавилонской башни». Вот, например, межпланетный зонд «Вояджер-2», который в августе 2012 года зонд покинул Солнечное систему и сейчас плывет в межзвездном пространстве, направляется в сторону Сириуса, которого достигнет через 296 000 земных лет. В настоящий момент «Вояджер-2» находится на расстоянии 15 миллиардов километров от Земли, мощность передатчика межпланетного зонда составляет 23 Вт (как лампочка в Вашем холодильнике). Многие из Вас недоверчиво покачают головой – рассмотреть тусклый свет 23-ваттной лампочки с расстояния в 15 млрд. километров… это невозможно.
Для сравнения: чтоб преодолеть дистанцию 15 млрд. км нужно непрерывно гнать на автомобиле со скоростью 100 км/ч в течении 17 тысяч лет. Теперь оглянитесь назад и попытайтесь рассмотреть свет лампочки холодильника в начале пути.
Тем не менее, инженеры NASA регулярно получают данные телеметрии с зонда со скоростью 160 бит/с. Сигнал передатчика «Вояджер-2» после 14-часовой задержки достигает Земли с энергией 0,3 миллиардных доли триллионной доли Ватта! И этого вполне достаточно – 70-метровые антенны узлов дальней космической связи NASA в США, Австралии и Испании уверенно принимают и расшифровывают сигналы космических скитальцев. Еще одно пугающее сравнение: энергии радиоизлучения звезд, принятой за все время существования космической радиоастрономии, не хватит, чтобы нагреть стакан воды хотя бы на миллионную долю градуса! Чувствительность этих приборов просто потрясающая. И если далекий межпланетный зонд правильно выбирает частоту и ориентирует свою антенну по направлению к Земле – его непременно услышат.
Узел дальней космической связи NASA в южном полушарии Земли. Канберра, Австралия
К большому сожалению, наземной инфраструктуры для дальней космической связи в России нет. Комплекс АДУ-1000 «Плутон» (построен в 1960 году, Евпатория, Крым) способен обеспечить устойчивую связь с космическими аппаратами на удалении не более 300 млн. километров – этого хватает для связи с Венерой и Марсом, но слишком мало при полетах к «внешним планетам».
Впрочем, отсутствие необходимого наземного оборудования не должно стать преградой для Роскосмоса – для связи с аппаратом на орбите Юпитера будут использоваться мощные антенны NASA. Все-таки, международный статус проекта обязывает…
Наконец, почему для исследования выбран именно Ганимед, а не более перспективная в плане поиска подледного океана Европа? Тем более изначально проекта обозначался как «Европа-П». Что заставило российских ученых пересмотреть свои намерения?
Ответ прост и, в какой-то мере, неприятен. Действительно, первоначально предполагалось совершить посадку на поверхности Европы.
В этом случае, одним из ключевых условий, была защита космического аппарата от воздействия радиационных поясов Юпитера. И это не надуманное предупреждение – вышедшая в 1995 году на орбиту Юпитера межпланетная станция «Галилео» на первом же витке получила 25 смертельных для человека доз радиации. Станцию спасла лишь эффективная радиационная защита.
В настоящий момент NASA располагает необходимыми технологиями радиационной защиты и экранирования оборудования космических аппаратов, но, увы, Пентагон запретил передачу технических секретов российской стороне.
Пришлось срочно менять маршрут – вместо Европы был выбран Ганимед, находящийся на расстоянии в 1 млн. км от Юпитера. Ближе приближаться к планете было бы опасно.
Небольшая фотогалерея:
Зонд "Галилео" для исследования Юпитера, предстартовая подготовка, 1989 г.
Раскаленная докрасна плутониевая "таблетка" из радиоизотопного генератора зонда "Галилео"
Антенны дальней космической связи АДУ-1000 "Плутон", Крым
Строение Ганимеда и Европы. Современная гипотеза
Межпланетная станция "Юнона" на орбите Юпитера, фантазия художника
Вид на Юпитер с ледяной поверхности Европы, справа видна еще одна луна - Ио
Информация