О необычном путешествии на Луну «Смарта-1»
В то время, как американские роверы Спирит и Оппортьюнити вовсю колесят по поверхности Красной Планеты, посылая на Землю захватывающие снимки марсианских ландшафтов, сделанные в непосредственной близости от объекта наблюдения, европейцы все еще смотрят на Марс в подзорную трубу из открытого космоса. К сожалению, европейская миссия на Марс удалась лишь частично: в настоящее время спутник «Марс-экспресс» проводит исследования на орбите Красной Планеты, однако посадочный модуль Бигль бесследно пропал. И вот теперь Европейской космическое агентство решила дать разработчикам сгинувшего в марсианской пустыне зонда второй шанс.
В гибели Бигля на Марсе, скорее всего, повинна погода. Как это, нередко бывает, когда переносится старт космических ракет с Земли. Кроме того, комиссия, которой было поручено расследовать обстоятельства исчезновения зонда, пришла к выводу, что часть вины лежит также и на конструкторах летательного аппарата. Похоже, что специалисты из европейского космического агентства на основании имевшихся тогда данных не смогли правильно оценили плотность атмосферы Красной планеты. В своих расчетах ученые исходили из того, что атмосфера Марса намного плотнее, чем она на самом деле оказалась при входе в нее европейского посадочного модуля Бигль-2. Именно поэтому парашюты не смогли в должной мере затормозить быстрое падение зонда-разведчика, а тормозных ракет конструкцией Бигля-2 не было предусмотрено. От удара о марсианскую поверхность аппарат разлетелся вдребезги. А песчаная марсианская буря завершила дело, похоронив бренные останки разведчика. Таким образом, поиски жизни на Марсе закончились даже не успев начаться. Разочарованию британских инженеров, спроектировавших посадочный модуль Бигль2 не было границ; Говорит Колин Пиллинджер (Colin Pillinger) руководитель британского проекта
Досадно, что в задачу роверов американского космического агентства НАСА входит лишь сбор доказательств того, что когда-то на Марсе была вода. Наш Бигль должен был приступить непосредственно к поискам следов жизни, как на самой поверхности планеты, так и в ее атмосфере. Может быть этим займутся будущие американские зонды, которые отправятся на Марс в 2009 году.
Однако и европейцы без дела не сидят. На тот же 2009 год запланирована повторная европейская миссия на Марс. Beagle2: Evolution – так называется новый проект. На этот раз чтобы удвоить шансы на выживание зондов-разведчиков в тяжелых марсианских условиях к Марсу полетит не один а сразу два посадочных модуля.
На основе накопленного нами опыта мы намерены создать новую модель, предназначенную для выполнения повторной миссии. Так как большая часть работы была выполнена уже в ходе проектирования первого зонда, к моменту старта мы сможем построить два аналогичных аппарата по цене одного.
Несмотря на сходное название, новый Бигль будет иметь существенные отличия от своего предшественника. Солнечные батареи будут заменены на более мощные и эффективные, на зонде будет установлен прибор, позволяющий проводить сеансы прямой радиосвязи с зонда-разведчика с Землей, без посредничества материнского корабля на орбите Марса. Кроме того будет инсталлирована новая систему воздушных подушек.
Я, конечно, понимаю, что зрелище скачущего мяча завораживает. И, тем не менее, нам бы хотелось уменьшить число этих неконтролируемых отскоков хотя бы до 15-20 раз. Данные, полученные при посадке американских зондов Spirit и Opportunity на Марс, показали, что на самом деле число отскоков составило не 15, как это было запланировано, а около 50-ти. И если мы хотим исключить элемент случайности при посадке, то нам необходимо уменьшить число прыжков посадочного модуля на воздушной подушке. Поэтому мы рассматриваем возможность применения так называемых dead beat airbags, воздушных подушек, которые гасят энергию удара с первого раза и затем остаются лежать на поверхности планеты, а не прыгают вверх-вниз. Исход такого столкновения намного проще предсказать, нежели поведение посадочного модуля, болтающегося внутри скачущего надувного шара.
Как бы то ни было, эксперименты, которые изначально должен был осуществить Бигль2, теперь сможет провести его наследник - Beagle2: Evolution. Это касается также взятия проб марсианской атмосферы и почвы и проведение их анализа. В конце концов, Колину Пилленджеру удалось преодолеть первоначальный скепсис руководства европейского аэрокосмического агентства ЕСА, которое лелеет честолюбивые планы отправки человека на Марс. Однако прежде чем рисковать человеческой жизнью, нужно доказать надежность имеющейся технологии, необходим успех автоматизированного посадочного модуля.
Проект Аврора был запланирован в расчете на успех миссии Бигь2. Все наши последующие проекты по исследованию Марса исходят из того, что Европа сможет произвести контролируемую посадку своего зонда на поверхность Красной Планеты. Лишь тогда возможно посылать туда роверы или говорить об отправке проб марсианского грунта для анализа на Землю. Однако сегодня Европа все еще не обладает надежной техникой посадки.
Без которой, кстати говоря, не обойтись и другим автоматизированным миссиям. Потерю ровера ExoMars допустить ни в коем случае нельзя, хотя бы из финансовых соображений, не говоря уже о полной потере лица европейским космическим агентством.
Потерять зонд стоимостью в 750 тысяч евро - это тяжелый удар, но представьте себе, насколько безответственно было бы послать на Марс ровер, цена которого составляет более миллиарда евро, не обладая проверенной техникой посадки. Повторный полет к Марсу зонда Бигль2 в 2009 году - это необходимая предпосылка для дальнейшего развития программы Аврора и отправки на Красную Планету европейского ровера ExoMars.
Подчеркивает Колин Пиллинджер руководитель группы конструторов, создавших зонд-разведчик Бигль2.
А теперь к следующей теме нашей программы.
В научном мире сегодня водород признается экологически чистым топливом будущего, причем не только на Земле, но и космосе. Однако использование водородного топлива для космических ракет, которое кстати говоря уже сегодня применяется на ракетах типа Ариана-5, наряду с обычным химическим топливом, связано с определенными неудобствами. Дело в том, что для жидкого водорода требуется достаточно просторные баки, и относительно большое количество получаемой при его сгорании энергии уходит на то, чтобы доставить в космос цистерну, в которой хранится само топливо. Ученые из австрийского города Грац придумали, как уменьшить размер и, соответственно, вес цистерны на 25 процентов. Для этого достаточно охладить водород до - 259 градусов Цельсия, что на 6 градусов ниже той температуры, при которой он обычно хранится.
Говорит Вернер Грюкса, руководитель компании Магна-Штайер Космическая техника:
Баки для водорода, используемые на космических ракетах, имеют пять метров в диаметре при высоте 35 метров. Если уменьшить его вес на 25 процентов, то экономия получится существенная.
Достаточно вспомнить, что ракета «Ариана-5» весит 700 тонн, а цена доставки одного килограмма груза на околоземную орбиту составляет 25 000 американских долларов. Уменьшение размера топливного бака без ущерба для качества замороженного горючего стало возможным благодаря новой технологии, разработанной австрийскими специалистами. Дело в том, что охлажденный до температуры в минус 259 градусов Цельсия водород по консистенции напоминает густой кисель, в котором плавают превратившиеся в льдинки твердые кусочки водорода. Благодаря наличию этих твердых частиц жидкий водород становится гуще и занимает меньше места в топливном баке.
Я думаю что во всем мире зарегистрировано всего лишь два патента, защищающих способы производства такого топлива. Один из них принадлежит американскому космическому агентству НАСА, другой нашей фирме «Магна Штайер». Мы убеждены, что наш патент лучше американского, поскольку мы на нашем оборудовании можем производить этот особый киселеобразный водород непрерывно. В то время, как установку, работающую на разработанном американцами принципе, приходится периодически отключать, чтобы удалить из нее готовый продукт. Только после откачки охлажденного водорода американцы могут вновь запускать свою машину. Наше оборудование устроено иначе. Мы можем производить жидкий водород непрерывно.
Австрийские разработчики в состоянии также контролировать движение частиц охлажденного до минус 259-ти градусов Цельсия водорода. Благодаря этой технологии новое топливо можно использовать не меняя старой системы топливных проводов на космических ракетах.
Мы хотим создать такую смесь из жидкого и твердого водорода, которая не будет застревать в трубах, и которая обладает такой же вязкостью, что и обычный жидкий водород. Благодаря этому мы сможем использовать уже имеющиеся в наличие турбонасосы и вентили.
При изготовлении экстра холодного жидкого топлива было использовано типично австрийское ноу-хау, применяемое при производстве искусственного снега для горнолыжных курортов.
Австрия - это страна, где много катаются на лыжах. И в области производства искусственного снега у нас накоплен большой опыт. И вот как раз на принципе, используемом при изготовлении снега, базируется наше ноу-хау, применяемое при производство жидкого водорода. Мы впрыскиваем жидкий водород через дюзы, обладающие определенной геометрией, в контейнер, а затем опрыскиваем его еще более холодным жидким гелием. Водород в том месте, куда попадает гелий, мгновенно замерзает. Заледеневшие частицы водорода тонут и собираются на дне контейнера.
В принципе возможно охладить водород и до более низких температур и тем самым еще более уменьшить размер топливных баков. Однако это чрезвычайно энергоемкая процедура, которая стоит больших денег. Поэтому Вернер Грюкса и не желает идти дальше этой дорогой.
Следует учитывать то обстоятельство, что при охлаждении водорода на каждый последующий градус количество необходимой для этого энергии возрастает не арифметической, а в геометрической прогрессии. Соответственно растут и расходы.
Помимо экономии места в топливном баке новое водородное топливо имеет еще одно немаловажное преимущество. Хранить его гораздо проще, нежели обыкновенное водородное топливо, которое имеет весьма неприятное свойство быстро испарятся. По мнению Вернера Грюксы охлажденный до минус 259 градусов Цельсия водород найдет себе применение во многих областях человеческой деятельности. Однако наиболее вероятная сфера его применения - это ракетная техника и воздухоплавание.
А теперь последняя тема нашего выпуска.
Более года назад в путь к Луне отправился европейский зонд СМАРТ-1. Несмотря на то, что до Луны он все еще не добрался, свою задачу он уже по большей части выполнил. Дело в том, что целью путешествия зонда СМАРТ-1 является само путешествие, за время которого земные ученые имеют возможность провести тщательные испытания новых технологий, которыми буквально напичкан летательный аппарат.
Расстояние от Земли до Луны, по астрономическим меркам, небольшое, всего каких-то 400 тысяч километров отделяют голубую планету от ее спутника. Но это напрямик, так сказать, через горы, перевалы и лес, а европейский космический зонд СМАРТ-1 пошел кружным путем, нарезая вокруг земли круги все большего диаметра и постепенно приближаясь к Луне до тех пор, пока он не попал в поле ее притяжения. За год полета СМАРТ преодолел в общей сложности более сотни миллионов километров, потратив всего лишь 59 килограммов горючего. Невольно вспоминается поговорка: умный в гору не пойдет, умный гору обойдет. Наверно именно поэтому европейские конструкторы окрестили свое детище английским словом СМАРТ, одно из значений которого - умный, толковый сообразительный. Девиз европейцев гласит с наименьшими затратами проникнуть как можно дальше в космос.
Мы используем явление резонанса, чтобы зонд попал в поле притяжения Луны. Мы рассчитали путь зонда СМАРТ-1 таким образом, чтобы он оказался в самой дальней точке своей околоземной орбиты в тот момент, когда в непосредственной близости от него находится Луна, чтобы она могла захватить зонд своим гравитационным полем.
говорит Octavio Camino, специалист из центра управления полетами Европейского космического агентства в Дармштате.
За время полета СМАРТ-1 провел испытания нового ионного привода, использующего вместо химического топлива, газ ксенон. Частицы газа, заряженные электричеством, полученным от солнечных батарей зонда, с огромной скоростью выбрасываются назад из ракетных дюз, толкая корабль вперед. Основной недостаток этого двигателя заключается в том, что для набора крейсерской скорости ему требуется много времени. Бесспорный плюс – надежность и экономичность. Не исключено, что в будущем использование этого привода позволит совершать путешествия вплоть до границ нашей солнечной системы. Говорит Octavio Camino, специалист из контрольного центра Европейского космического агентства в Дармштате.
Ионный движок ставит рекорд за рекордом. В общей сложности двигатель проработал уже 4 тысячи часов. Такого в истории космонавтики еще не было. Мотор оказался настолько экономным, что у нас в запасе осталось неожиданно большое количество топлива. Для того, чтобы достичь окололунной орбиты европейскому зонду СМАРТ потребовалось всего 59 килограммов газа-ксенона. Поэтому мы решили, что ему хватит энергии на то, чтобы подойти к Луне поближе и проводить исследования на более низкой орбите, чем это было первоначально запланировано.
В феврале следующего года СМАРТ-2 приблизится к Луне на расстояние в 300 километров и проведет полную картографическую съемку спутника Земли.
На борту зонда имеется миниатюрная фотокамера, все детекторы которой вместе взятые не превышают размера человеческого глаза. С ее помощью мы проведем подробную съемку всей лунной поверхности. А рентгеновская установка поможет нам определить химический состав почвы Луны.
Проанализировав полученным от зонда СМАРТ данные, ученые надеются больше узнать об истории возникновения Луны. На сегодняшний день наиболее вероятной версией происхождения Луны считается теория, согласно которой спутник Земли возник в результате столкновения с большим астероидом. Если это так, то на ее поверхности ученые должны обнаружить относительно большое количество железа, алюминия и магния.
Впервые в истории исследования Луны будет применен спектрометр инфракрасного излучения, который поможет нам установить, какие минералы находятся на поверхности Луны, а также ответить на вопрос есть ли лед в лунных кратерах на Южном полюсе планеты, в той ее части, которая всегда отвернута от солнца и поэтому постоянно находится в тени.
Несмотря на то, что до Луны казалось бы рукой подать, она все еще скрывает множество загадок, найти ответ на которые предстоит европейскому зонду СМАРТ-1.