6. Кометы и астероиды

6.1. Procyon: микроспутник для большого космоса

В конце 2014 года, японские университеты при поддержке Японского космического агентства JAXA отправили в межпланетное пространство микроспутник Procyon. Он стал первым аппаратом малого класса, который выбрался в межпланетное пространство и показал практическую возможность применения там некосмической электроники.

Procyon

Сегодня на околоземной орбите, на высотах до 1 тыс. км, работает большое количество микроспутников – аппаратов до 100 кг. В основном они создаются частными компаниями и университетами. Некоторые микроспутники уже приносят доход создателям, но большинство выполняет экспериментальные и образовательные задачи. Мировая космонавтика еще учится эффективно их применять и оценивает возможности.

Смелый эксперимент затеяли в Японии – создать небольшой недорогой космический аппарат для проведения исследований в дальнем космосе.

Главное отличие межпланетного пространства от околоземного – в магнитном поле. Земное магнитное поле не только экранирует слабо- и среднеэнергичные потоки солнечного ветра, но и облегчает управление спутниками. Около Земли можно использовать магнитное поле, чтобы «опереться» на него для разворота спутника по нужной оси. Для этого на спутниках устанавливается трехосевая система магнитной ориентации на МИО – магнитных исполнительных органах. Для более точной ориентации, например при наведении антенны или телескопа и слежения за целью, используется другая система – двигателей-маховиков.

Когда двигатель-маховик раскручивается на максимальную скорость, он становится бесполезен, и его надо «разгружать» – останавливать. Разгрузить маховик можно несколькими способами: малыми ракетными двигателями ориентации, разворотом спутника или теми самыми магнитными исполнительными органами. То есть магнитное поле Земли не только прикрывает спутники от потоков солнечных частиц, но и помогает экономить топливо на орбите и даже обходиться без него. Действие магнитного поля Земли распространяется примерно на 60 тысяч километров, а дальше уже – межпланетное пространство.

Procyon разрабатывался в Университете Токио при поддержке Японского космического агентства и Японского института аэронавтики и космонавтики, плюс еще пять университетов и институтов участвовало при разработке различных компонентов и подготовке полета.

Запускался аппарат с космодрома Танегасима. Он набрал вторую космическую скорость вместе с возвращаемой автоматической космической станцией JAXA Hayabusa-2, которую послали за образцами астероидного вещества к астероиду (162173) Рюгу. Procyon полетел к другому астероиду и не предполагал задерживаться у него или возвращаться.

Задача микроспутника состояла в съемке астероида с пролета. Дополнительная задача стояла в исследовании земной плазмосферы и геокороны ультрафиолетовым спектрометром LAICA.

Геокорона – это облако водорода, которое окутывает Землю. Наблюдать ее можно только со стороны и в ультрафиолетовом спектре. Ее снимали астронавты Apollo 16 и китайский модуль Chang’e 3.

Procyon вывели на гелиоцентрическую орбиту, то есть он набрал вторую космическую скорость и стал вращаться вокруг Солнца. По программе он должен был пролететь один оборот, догнать Землю и провести маневр коррекции орбиты, чтобы отправиться уже к астероиду.

Астероид в качестве цели выбрали не простой, а со спутником. Такие бинарные астероиды довольно редки, и космические аппараты вблизи наблюдали только один – астероид Ида с маленьким спутником, который назвали Дактилем. Целью для Procyon выбрали восьмисотметровый астероид 2000 DP107 и его пару. Этот астероид наблюдали только с Земли при помощи радаров.

Для достижения своей цели микроспутник оборудовали ионным двигателем, который питался от солнечных батарей и «выдувал» запасенный в углепластиковом баке газ – ксенон.

Для ориентации и разгрузки маховиков использовался тот же ксенон, который выдувался (уже без кавычек) через микродвигатели ориентации.

Связь с Землей предусматривалась в X-диапазоне с наземной станцией JAXA, оборудованной 64-метровой антенной, и со станциями Deep Space Network NASA.

На первом этапе полета аппарат показал себя очень хорошо. Электроника работала стабильно. Тесты научных приборов показали их работоспособность. Молодые ученые смогли даже получить ультрафиолетовые снимки кометы 67P/Чурюмова-Герасименко и плазмосферы Земли. На нашу планету посмотрели с расстояния 630 тысяч километров, и оказалось, что геокорона распространяется на расстояние почти 250 тысяч километров, то есть Земля летит в облаке водорода, который постоянно улетучивается с нее.

Важный этап на пути к Земле – испытания ионного двигателя – тоже прошел успешно. Двигатель развивал тягу даже больше, чем ожидалось – 330 mkN вместо 250 mkN. Однако когда дело дошло до коррекции орбиты, двигатель отказал. По результатам оценки неисправности, пришли к выводу, что всему виной металлическая соринка, затаившаяся между двумя контактами.

Итак, Procyon не смог улететь к астероиду, но сохранил работоспособность, поэтому принялся за наблюдения ближайшей доступной цели – Земли. Сближение с нашей планетой проходило в конце 2015 года, и студенты активно освещали процесс сближения на своей странице в Facebook. Хотя большого интереса у СМИ их достижения не вызвали. Им удалось наблюдать систему Земли и Луны при помощи своего телескопа с расстояния в несколько миллионов километров.

Максимальное сближение с Землей должно было состояться 3 декабря 2015 года, на расстоянии примерно в 2,7 миллиона километров, и именно в этот день с аппаратом пропала связь. Разработчики пообещали в течение двух месяцев продолжать попытки вернуться к работе, но безуспешно. Поэтому сегодня полет Procyon можно считать завершенным, и теперь он сам превратился лишь в небольшой околоземный астероид, который продолжит вращение вокруг Солнца, периодически сближаясь с Землей. Падение нам на голову не грозит, даже если он и встретится с нашей планетой, то сгорит в плотных слоях атмосферы.

Несмотря на невыполненные задачи, Procyon нельзя назвать полной неудачей. Главную цель – подтвердить возможность эксплуатации межпланетных микроспутников – он доказал. Один год работы для такого проекта и бюджета всего около 5-ти миллионов долларов – это очень неплохой результат. Плюс ко всему, богатый опыт разработки, управления и эксплуатации межпланетной космической техники получили студенты нескольких японских университетов, и у них теперь есть готовые наработки, на основе которых можно создавать новые межпланетные микростанции.