Межпланетная станция Кассини

Американский аппарат "Кассини", запущенный в октябре 1997г., предназначен для изучения Сатурна и его спутника Титана. Cтанция прошла мимо Венеры 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 Саутурна, 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).

Отправить