6.7. Philae: прощание

Philae Lander может претендовать на государственную премию за работу вопреки всем обстоятельствам. Пережив десятилетний перелет и аварийную посадку, он все же сумел героически выполнить свою задачу и провести исследование кометы, пока позволял заряд батарей. Летом 2015 года он всех удивил, вернувшись к жизни, но спустя год практически не осталось возможности повторить этот подвиг.

Автоматическая межпланетная станция Rosetta Европейского космического агентства (ESA), с посадочным аппаратом Philae отправилась в космос в 2004 году для исследования кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Летом 2014 года произошло сближение Rosetta и ядра кометы. Кроме исследования кометы с расстояния, миссия предполагала прямой контакт с ядром кометы. Посадку должен был совершить спускаемый модуль Philae Lander. Изучив комету с расстояния, ученые выбрали подходящее место для посадки. Это было равнинное место, названное Агилкия у Южного полюса кометы.

12 ноября 2014 года Philae успешно отстыковался от Rosetta и отправился на встречу с кометой. Траектория была выбрана безупречно, и ничто не предвещало проблем, но последние метры полета оказались аварийными.

Сила притяжения четырехкилометрового куска льда и пыли невысока, поэтому Philae был оборудован несколькими инструментами, которые должны были удержать его на поверхности. В нескольких метрах от кометы аппарат должен был выстрелить специальные гарпуны, чтобы закрепиться в реголите.

Выстрела не произошло.

Коснувшись поверхности, Philae должен был включить ракетные двигатели, которые должны были «дуть» вверх и прижимать аппарат к комете.

Двигатели не сработали.

Во время работы двигателей, модуль должен был ввинтить в поверхность буры на своих ногах, чтобы надежно закрепиться на поверхности. Но без гарпунов и двигателей его ждала драматическая судьба, в которой буры оказались бесполезны. Philae повезло, что рыхлый грунт поглотил часть его кинетической энергии, и аппарат от первого удара не отбросило в космическое пространство. Зонд отскочил, пролетел несколько сот метров, снова отскочи и остановился в темной расселине только после четвертого прыжка.

Финальное место посадки сильно отличалось от того, что готовили ранее. Фактически Philae застрял в трещине глубиной несколько метров. Никто не знал места его фактической посадки. Результаты осмотра камерами с Rosetta и информация о выработке энергии солнечными батареями показали, что это довольно темное место. У ученых оставалось около двух-трех суток, чтобы реализовать весь научный потенциал Philae, задействовать все исследовательские приборы и инструменты, пока не исчерпается запас аккумуляторных батарей.

По словам ученых, за 64 часа работы Philae удалось реализовать на 80 % свою научную программу. Philae сумел оценить твердость поверхности и измерить ее температуру пенетрометром MUPUS, осмотреть поверхность камерами ROLIS, «просветить» ее георадаром CONSERT. Хроматографы Ptolemy и COSAC смогли «вдохнуть» газы кометы и изучить состав ее пыли. Более того, благодаря отскоку аппарата, удалось провести замеры некоторыми приборами в двух участках поверхности.

Что же смог узнать модуль?

Как в целом ранее и предполагалось, комета представляет собой смесь льда и пыли, причем довольно рыхлой консистенции. По данным радарного просвечивания ее пористость составляет 75–85 %. При этом, поверхность непосредственно в месте посадки оказалось неожиданно твердой. Ударник не смог продвинуться глубже 3 сантиметров рыхлого грунта. Дальше ему путь преградил твердый лед.

Обнаруженные газы у поверхности ядра кометы показали богатый набор органических соединений: формальдегид, метилизоцианат, ацетон, пропиональдегид, ацетамид и еще 11 органических соединений, богатых на углерод и азот. Основу атмосферы составляли водяные пары, угарный и углекислый газы. Исследователи отмечают, что обнаруженные органические соединения участвуют в синтезе аминокислот, сахаров, нуклеотидов и азотистых оснований – то есть являются готовыми «кирпичиками» жизни. Это не доказывает, что где-то кроме Земли есть жизнь, скорее подтверждает гипотезы о том, что кометы играли не последнюю роль в формировании жизни на Земле и могли принести на планету органические «заготовки», из которых в конечном счете появились и мы. Так что, продолжая мысль Карла Сагана, мы состоим не только из звездного вещества, но и из кометного. Может быть, оттуда такая тяга к космическим полетам?

К сожалению, радарный инструмент CONSERT не успел установить происхождение двойной структуры кометы. Для полноценного исследования недр ядра сигналы предполагалось посылать на Rosetta, а та уже должна была курсировать с обратной стороны кометы и принимать передачу CONSERT. Из-за ограниченности рабочего времени удалось пройтись «по верхам», не углубляясь дальше 100 метров в тело кометы.

По истечении 64 часов Philae уснул. То есть ушел в режим гибернации, в котором он пребывал и во время полета. Поначалу ученые давали весьма оптимистичные прогнозы по его пробуждению: сначала через неделю, потом через две, потом через два месяца. Но аппарат молчал. Комета приближалась к Солнцу, поэтому ожидалось, что солнечные батареи Philae будут получать больше энергии, и это позволит подзарядить аккумуляторы и вернуться к работе. По предварительной программе, если бы посадка удалась на равнину, к марту 2015 года палящие лучи Солнца привели бы к перегреву и выходу из строя аппарата. Но тень трещины берегла аппарат, хотя и не давала ему возможности вернуться к работе.

Летом 2015 года ученые решили повторить попытки выйти на связь. Прямой контакт Philae с Землей был невозможен, поэтому Rosetta выступала ретранслятором. И близкое Солнце вносило свои коррективы – поверхность кометы нагревалась, испарения возрастали, кома окутывала ядро и не позволяла Rosetta приближаться к поверхности. Поэтому орбитальному зонду приходилось лететь в сотне километров перед кометой.

В то же время солнечный свет давал шанс на восстановление работоспособности Philae. В любом случае, нельзя было просто включить передатчик и начать вещание. Зонд лежал в трещине, а его антенна упиралась в стенку, вместо того, чтобы возвышаться над равниной, как предполагала первоначальная программа. Поэтому первое, что требовалось инженерам – найти оптимальную траекторию Rosetta, которая позволила бы ей эффективно обмениваться сигналами с Philae.

Это настоящий космический детектив!

В июне 2015 года Rosetta принялась передавать сигналы на комету, ожидая получить ответ от Philae. Предыдущие попытки в марте закончились неудачей, поэтому 11–12 июня пришлось собрать инженерную группу и обсудить перспективность новых попыток выйти на связь. И через день Philae ответил!

Пока мы радовались хорошим новостям, ученые и инженеры миссии пытались продиагностировать сидящий аппарат и оптимизировать траекторию летающего. Для возвращения к научной деятельности в нормальном режиме, требовалось принять объем телеметрических данных – записи сведений о состоянии Philae от момента его повторного включения и до момента установления связи. Включился он сам – за несколько месяцев до того, как с ним вышли на связь. В очереди стояло примерно 8 тысяч пакетов телеметрии, на передачу которых потребовалось бы 40 минут прямой связи. Проблема была в том, что первый сеанс связи длился всего 78 секунд, второй сеанс – 4 минуты, третий – 19 минут. Но проблемы не заканчивались, и сеансы связи проходили с частыми сбоями, в результате, удавалось передавать ограниченное количество пакетов телеметрии.

В то же время, принятые данные позволили определить, что первое пробуждение Philae состоялось еще 26 апреля, потом 5 и 6 мая, а потом уже 13 июня по сигналу с Rosetta. Счет на борту ведется в «Comet day», которые длятся 12,5 часов.

Данные с солнечных батарей позволяли установить интенсивность освещения каждой панели и помогали определить точнее расположение аппарата относительно стенок трещины.

Телеметрия за эти дни указывала на устойчивый рост бортовой температуры, что являлось показателем приближения к Солнцу. Это было хорошей новостью, так как глубокий мороз препятствовал работе аппарата.

С другой стороны, анализ двух бортовых радиоприемников показал, что один из них пережил короткое замыкание и вышел из строя.

Надежда оставалась на второй. В июне Rosetta провела несколько сеансов связи с Philae с расстояния 180–200 километров, но ей так и не удалось найти оптимальный режим и траекторию для стабильного контакта. В июле комета еще ближе подлетела к Солнцу, и Rosetta была вынуждена держаться еще дальше от ядра, чтобы пыль не забила оптику камер и звездных датчиков. А Philae не отвечал.

Инженеры решили, что второй радиоприемник тоже закоротило. Это поставило бы крест на дальнейшей работе с аппаратом. Чтобы проверить, слышит ли Philae сигналы Rosetta, приняли решение использовать радар CONSERT. Идея была такова: если приемники еще работают, и аппарат в целом функционирует, то ему передадут команду задействовать георадар. Rosetta приняла бы сигналы радара, чем подтвердила бы, что Philae еще жив.

Команду отправили… И не получили ответа CONSERT. Зато сразу смогли восстановить связь с аппаратом на расстоянии 155 километров, то есть один радиоприемник все еще функционировал. Аппаратам удалось в течение 17 минут поддерживать стабильную связь. Инженеры скачали всю накопленную в очереди телеметрию, и, казалось, ничто не мешало продолжать научную работу.

Но у Rosetta была и своя научная программа. 25 июля ей предстояло перебраться другую траекторию для изучения противоположного полушария кометы, что исключало возможность установления связи. 13 августа комета прошла ближайшую точку с Солнцем и стала постепенно отдаляться. Чуть позже Rosetta ушла от ядра кометы на 1,5 тысячу километров – держалась подальше от пыли и пыталась изучить ударную волну комы.

Всю осень 2015 года оставалась надежда связаться с Philae еще раз. По крайней мере, физические условия на комете не должны были препятствовать этому. Получить ответ пытались, пока комета 67P/Чурюмова-Герасименко не удалилась дальше орбиты Марса. На таком расстоянии от Солнца не осталось надежды на жизнеспособность Philae.

Rosetta кружила на близком расстоянии от ядра кометы и продолжала звать Philae. Причины молчания могли быть в неисправных радиопередатчиках, либо солнечные батареи покрылись пылью и утратили возможность обеспечивать энергией аппарат.

К концу 2015 года температурные условия в трещине, где застрял аппарат, были уже не совместимы с его работоспособностью, Rosetta постаралась спуститься до высоты 10 километров и провести съемку предполагаемого места посадки Philae. Снимок удался! Все смогли увидеть изделие человека на чуждом космическом теле. Однако, надежды на чудесное воскрешение уже не было.

Миссия Rosetta завершилась 30 сентября 2016 года жесткой посадкой на ядро кометы 67P/Чурюмова-Герасименко с отключением всех систем.

И многочисленным фанатам этой удивительной программы осталось сказать только: Good night, sweet princeses.