1. В сфере действия Сатурна
– Когда мы войдем в систему Сатурна, Лакки?
– Нет настоящего определения тому, что является системой Сатурна, Бигмен. Большинство людей считает, что система какого-либо мира включает в себя все пространство, где самое отдаленное тело движется под гравитационным влиянием этого мира. Если так, то мы пока еще вне системы Сатурна.
– Однако сирианцы говорят… – начал Весс.
– Пошел ты в центр Солнца со своими сирианскими подонками, – взревел Бигмен, топая в гневе своими высокими сапогами. – Кого интересует, что они говорят?
Айзек Азимов. Лакки Старр и кольца Сатурна
 |
О истории проекта "Большой тур" написано раньше, не будем повторяться. Теория далека от реальности. Даже пролёт Сатурна был под вопросом. Играть в "космическй биллиард только учились. Лишь за несколько месяцев до маневра на Сатурн впервые гравиманевр был проведён у планеты - "Маринер-10" сменил траекторию у Венеры и направился к Меркурию.
Отправить аппарат к Сатурну было гораздо труднее. Напрямую - никак, не было таких технических средств. Только с помощью Юпитера. Но его ещё не посещал ни один аппарат. А баллистика торопила. "Пионер-11" был запущен к Юпитеру в ночь на 6 апреля 1973 г., спустя год после "Пионера-10", который был ещё в сотнях миллионов километров от Юпитера. Первоначальная точка прицеливания КА "Пионер-11", заданная коррекциями 11 и 26 апреля, находилась в 20000 км «справа» от Юпитера, если смотреть с Земли (т-е. КА падал на Юпитер). Позднее предполагалось скорректировать траекторию так, чтобы станция прошла 5 декабря 1974 г. примерно в 113000 км от центра планеты и в 42000 км над облаками.
И улетал в таком случае он, как и его близнец, в звёздные дали.
4 декабря 1973 г. "Пионер-10" благополучно промчался на расстоянии 202756 км от центра Юпитера и на высоте 131358 км над его видимой поверхностью, он уцелел, лишь Ио не смог отснять из-за сбоев по причине радиации. И тогда группа авантюристов настояла на своём плане провести "Пионер-11" ещё ближе к Юпитеру и тем самым перенаправить его к Сатурну. Главарь группы был легендарный Джеймс Ван Аллен, который всех задавил своим авторитетом. Он доказывал, что да, радиация возрастёт, но время пролёта сократится и общая доза радиации будет меньше.
В марте 1974 г. NASA объявило, что план Ван Аллена принят. Правда, первоначально выбранную траекторию с точкой прицеливания слева от Юпитера сочли слишком опасной. Было решено идти в облет значительно южнее, чтобы пройти перииовий на высоте 43000 км над 51.8° ю.ш. Это позволяло, во-первых, быстро пересечь экваториальные области интенсивной радиации (суммарная доза ожидалась такого же порядка, как и у "Пионер-10"), а во-вторых, впервые взглянуть на полярные области планеты.
19 апреля 1974 г., через месяц после выхода «Пионера-11» из пояса астероидов, была проведена коррекция для выхода в эту новую точку прицеливания. А 3 декабря аппарат выполнил второй в истории пролет Юпитера, пройдя на расстоянии 113 850 км от его центра и на высоте 42450 км над поверхностью облаков на фантастической скорости - 48.06 км/с ("Пионер-10" разогнался лишь до 36 км/с).
Строго говоря, уверения Ван Аллена, что за счёт скорости аппарат пострадает меньше, не оправдались. ИК-радиометр не выполнил съемку северного полушария, получив ложные команды, а детектор астероидных и метеороидных частиц («Сизиф»), был настолько изранен, что окончательно был выключен 16 августа 1975 г. Но он успел выдать такие ложные команды, что до своей официальной смерти в апреле 1975 г. посредством операторов-ремонтников, исправляющих ошибки, испортил анализатор плазмы, его смогли привести в рабочее состояние лишь в ноябре 1977 г.
(забавно то, что куда больше радиации Юпитера боялись забастовки энергетиков в Австралии. Вполне было возможно, что станция в Канберре оказалась бы обесточена в самый пикантный момент. Договориться удалось)
Логично было бы предположить, что аппарат изменил направление немного, ведь что такое "Большой тур" - это ряд гравиманевров при уникальном положении планет, когда "внешние планеты выстраиваются в ряд". Во всяком случае, так описывалось в научпопе. И - ничего подобного! Юпитер станцию выбросил из плоскости эклиптики и отправил, "взад", к Солнцу. Точка встречи с Сатурном была на другом краю Солнечной системы. Наклонение новой гелиоцентрической орбиты было 15.32° с перигелием - 3.718 а.е. - треть расстояния от Юпитера до Солнца было потеряно, пришлось лететь ещё 2,4 млрд. км по огромной дуге, поднявшись на 164 млн км над плоскостью эклиптики.
Вот такая была траектория:
Ошибка в траектории была абсолютно неизбежна - расположение Юпитера было известно лишь с точностью в 300 км. Сближение состоялось на 20 секунд позже. Без коррекции КА прошёл бы Сатурн на расстоянии 1,7 млн км. Погрешность компенсировали немалой коррекцией 18 декабря 1975 г. (30.1 м/с), а 26 мая 1976 г. - новая коррекция 16.6 м/с - уже для нацеливания на Сатурн.
Величина коррекций очень важна, потому что запаса топлива - всего на 200 м/с.
Перигелий станция прошла 2 февраля 1976 г. а максимальный подъем аппарата был 7 августа 1976 г. КА поднялся над плоскостью эклиптики на 1.096 а.е. 17° с. ш. Лишь 10 июня 1977 г. (через 2 с половиной года!) станция вновь вышла за пределы орбиты Юпитера.
Название "Пионер-10...-11" ещё не было распространено. Сначала эти АМС назвали "Маринерами", потом первую называли "Пионер-Юпитер", а вторую "Пионер-Юпитер-Сатурн", а после пролёта Юпитера переименовали ещё раз в "Пионер-Сатурн"
Тем временем на Земле шли ожесточенные дискуссии: как проходить у Сатурна. Решение должно быть принято не позже 1977 года! Научные руководители экспериментов подавляющим большинством голосов (11 против одного) высказались за «полет камикадзе» между кольцами и поверхностью планеты, а точнее, в 3600 км от внутреннего края яркого кольца С и затем всего в 6000 км над поверхностью Сатурна, под углом 16.5° к плоскости экватора и колец.
По данным наземных наблюдений там просматривалось очень слабое кольцо D, но решили рискнуть. В случае успеха сразу после облета планеты станция выходила к Титану, крупнейшему спутнику Сатурна, и могла исследовать его с дистанции всего в 20 000 км; ближе проходить не посмели, чтобы не заразить случайно Титан земными бактериями.
Экстремисты предлагали вместо этого пройти сквозь деление Кассини между кольцами А и В, но это посчитали уж слишком рискованным. Третий вариант был с двойным пересечением плоскости колец за пределами яркого внешнего кольца А, которое заканчивалось в 136 800 км от центра Сатурна и в 76 500 км над поверхностью планеты. На пути станции также лежало едва заметное кольцо Е, но этот вариант казался более безопасным и к тому же соответствовал расчетной орбите будущего пролета у Сатурна станции "Вояджер-2" в случае направления её от Сатурна к Урану.
 
Между тем в августе и сентябре 1977 года оба "Вояджера" отправились в путь - прямиком на Юпитер, орбиту которого только что миновал "Пионер-11". У них были свои команды, свои планы и...
По настоятельной просьбе руководителей проекта "Вояджер" заместитель администратора NASA по космической науке Ноэл Хиннерс и директор планетарных программ Томас Янг приняли решение провести «Пионер-11» именно по этой «внешней» трассе, с пересечением экваториальной плоскости на расстоянии 30 000 км от внешнего края видимого кольца и с последующим прохождением в 25000 км над видимой поверхностью Сатурна.
Так «Пионер-11» стал разведчиком для "Вояджера-2", для которого уже наметили цель после пролёта Сатурна - Уран. Цель решили не менять, даже если "Вояджер-1" не справится с интереснейшей задачей - пролётом "Титана". Так "Пионер-11" потерял приоритет в пролёте Титана, им пришлось пожертвовать ради разведки пути на Уран.
Новая траектория «Пионера-11» была объявлена 14 декабря 1977 г., а коррекция для точного «прицеливания» состоялась 13 июля 1978 г.
Когда же КА вошёл в СД Сатурна? А вот этого я не знаю. Можно было бы вычислить, когда он оказался в 50 млн. км от Сатурна, но лень. Где-то в начале лета 1979 года.
|
2. Научные данные из СД Сатурна
|
Изрядно поездив, Микромегас добрался до планеты Сатурн. И как ни привычен он был ко всяким диковинам, все же при виде крайней малости этой планеты и ее обитателей он не мог удержаться от улыбки превосходства, которая иногда невольно появляется даже на устах мудрецов. Ведь, в конце концов, Сатурн всего только в девятьсот раз больше Земли, и его жители - просто карлики, ростом в тысячу туазов или около того.
Вольтер. «Микромегас». 1752
 |
Во-первых. Как показала история человечества, аппарат, влетевший в систему газового гиганта, вовсе не обязательно может иметь хоть какую-то научную аппаратуру. Правда, кое-что можно узнать из простых сигналов радиопередатчика. Однако даже и его на нём вполне может не быть. Классический пример - едва не состоявшийся проект Encounter 2001. Аппарат должен был быть загружен тщеславием землян - их посланиями инопланятянам (по 10-15 $ за штуку) и образцами ДНК (кусочками волос, часть себя! Значительно дороже). Если бы сумели собрать миллионов 300$ , смогли бы создать такую посылку, посредством гравиманевра у Юпитера разогнать до скорости вылета из Солнечной системы и даже на остаток денег оповестить возможных инопланетян о такой посылке. На сигнал денег хватило, на посылку денег не собрали.
Во-вторых. Сатурн так далёк, что все аппараты, прибывшие к нему, разгонялись в радиационных поясах Юпитера и не факт, что аппаратура могла уцелеть. Но уцелела - маленький "Пионер-11" нёс 12 приборов и только один (анализатор плазмы) сошёл с ума от радиации Юпитера.
Пишут:
Встреча с Сатурном продолжалась со 2 августа по 1 октября 1979 г. (неясно, с какого момента считают начало встречи и что принят за конец). За это время на борт было передано примерно 15 000 команд.
Узнали очень немало о самом Сатурне, его спутниках и, главное, о его кольцах. Аппарат пустили в облёт Сатурна через плоскость колец, которую тот пересёк дважды, но за их пределами. При первом пересечении кольца аппарат отметил 2 удара пылинкой, а при втором - три.
Забавно обнаружение нового спутника. Лишь через несколько дней после пролета, после обработки данных, стало известно, что аппарат едва не столкнулся с неизвестным спутником Сатурна. В 14:52, через несколько минут после «нырка» под плоскость колец, показания детектора энергичных частиц Джеймса Ван Аллена на 12 секунд упали почти мгновенно, одновременно отмечались возмущения магнитного поля. Вывод был сделан: «Пионер-11» прошёл через магнитосферный «след» спутника лишь в 2500 км позади него (ничтожно для такой системы)!
Впрочем, о кольцах и спутниках - в другом месте.
Облака Сатурна оказались в среднем толще, чем на Юпитере, но менее контрастны; широтные «пояса» облачности были уже юпитерианских, но многочисленнее. Их было трудно увидеть из-за аммиачного тумана. На одном из снимков колец, сделанном за 17 часов до пролета, был замечен неизвестный спутник Сатурна диаметром до 400 км, обозначенный 1979 S1.
31 августа «Пионер-11» трижды входил в ударную волну магнитосферы, на расстоянии 1 026 млн км от планеты. Поразительно, но Титан оказался вне магнитосферы, ученые сочли это временным и ненормальным явлением, связанным с высокой активностью и мощной вспышкой на Солнце.
Все оставшиеся приборы работали нормально, выяснив главное: "Вояджер-2" безопасно пролетит этим же маршрутом курсом на Уран.
|
3. Достижение Сатурна
Каламбур: Достижение Сатурна достижением не является. Особенно в этом случае. В том смысле, что день, когда аппарат, канул в атмосферный океан Сатурна, не был (к тому времени) ни подвигом баллистиков, ни фонтаном научных данных. Наоборот, в Центре управление немало людей, проработавших с аппаратом 20 лет, откровенно плакали. "Кассини" целеноправленно убили из опасения, что он может упасть на Титан и занести туда земную жизнь. Топливо заканчивалось и источники энергии уже совсем обеднели и не справлялись с энергообеспечением.
"Кассини" не был предназначен для зондирования атмосферы от слова "совсем". То-есть, мало того, что теплозащиты не было, но ценные данные по верхней атмосфере, которые могли быть получены, передать на Землю было нельзя - аппарат мог функционировать только в процессе "записал - ориентировал антенну на Землю - передал".
Но всё же - для последнего витка сделали исключение. С целью экономии драгоценного времени и имея ввиду ограниченную ширину канала связи, весь канал был отдан масс-спектрометру, который до последней секунды измерял состав атмосферы и тут же в реальном времени отдавал эти данные в передатчик. Немного, о зондировании говорить не стоит, но аппарат не погиб совсем уж бесцельно.
Как и для прочих газовых гигантов, наибольший интерес представляли их спутники, для системы Сатурна - лишь один, зато вполне возможно, он интересен больше всех спутников планет в Солнечной системе. Так что достижение Сатурна вполне могло бы произойти на целых 38 лет раньше. Просто задачи были интереснее - разведка пути на Уран, Титан, Уран-Нептун.
Что на будущее? Никаких внятных планов нет не только на предмет зондирования Сатурна, но и вообще посещения его системы.
|
4. Фотографирование Сатурна с пролёта
Фото от 26 августа 1979 года. Вверху - Титан |
Для таких далёких объектов и таких совершенных аппаратов вполне нормально, что снимки, с лучшим разрешением, чем с лучших телескопов Земли и даже космических.
"Пионер-11" получил 15-20 снимков Сатурна с лучшим разрешением, чем могли обеспечить самые совершенные наземные телескопы. Снимки показали, что верхняя часть облачного покрова Сатурна более спокойна, чем у Юпитера, и имеет меньше четко выраженных деталей. Число поясов и зон в атмосфере Сатурна оказалось больше, чем в атмосфере Юпитера, и они более узкие. Удалось получить фотометрические и поляриметрические данные о планете в широком диапазоне фазовых углов, которые недоступны для наземных наблюдателей.
Фотополяриметр, сделавший снимки Сатурна, был близнецом того, что делал снимки Юпитера (о процессе получения фотография читать там). И был он такой:
|
5. Выход на орбиту ИС Сатурна
Долгий путь "Кассини"
Вес аппарата был слишком велик чтобы его можно было напрямую запустить к Сатурну (2,5 тонны) — хотя Titan IV на котором взлетел "Кассини-Гюйгенс" мог нести на 40% больше полезной нагрузки чем Titan IIIE на котором летели "Вояджеры". Поэтому аппарату пришлось немало поскитаться по Солнечной системе, набирая скорость гравитационными манёврами для встречи с Сатурном: после старта 15 октября 1997 года, 5,7-тонная связка из двух аппаратов заправленных 2978 кг топлива отправились на встречу с Венерой. Выполнив у неё 2 гравитационных манёвра 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года (в которых они пролетали всего в 234 и 600 км от планеты соответственно), они 18 августа 1999 года вернулись ненадолго к Земле (пролетев в 1171 км) после чего отправились уже к Юпитеру.
Есть смысл вспомнить историю проекта, ибо он уникален и можно понять, возможно ли было создать спутник Сатурна раньше. (из "НК", от Игоря Лисова)
В 1979 г. ("Пионер-11" в этот год впервые проник в СД Сатурна) в Лаборатории реактивного движения было выполнено исследование, в котором изучались орбитальный аппарат и зонд для исследования Сатурна и Титана. Работой руководила Донна Ширли.
В первые годы правления администрации Рейгана изучение планет оставалась на уровне общих исследований. В 1982 г. космические комиссии Европейского научного фонда и Национальной академии наук США создали совместную рабочую группу для изучения возможных совместных проектов в области исследования планет. В результате европейские ученые предложили ЕКА осуществить совместно с NASA США проект, предусматривающий создание орбитального аппарата для исследования Сатурна и зонда для посадки на Титан. В 1983 г. американский Комитет по исследованию Солнечной системы рекомендовал NASA включить в свою программу создание КА для радиолокационной съемки и спуска на Титан, и, по желанию, орбитального аппарата по типу разрабатываемого в тот период КА "Galileo" для системы Юпитера.
В 1984-1985 гг. NASA и ЕКА провели оценку подобной совместной программы. Американские участники представили проработки по серии тяжелых межпланетных аппаратов "Mariner Mark II", предназначенных для изучения внешних планет Солнечной системы. Предполагалось, что использование единой базовой конструкции позволит сократить общую стоимость программ. Для первоочередной реализации были рекомендованы два проекта: КА CRAF (Comet Rendezvous/Asteroid Flyby - встреча с кометой и пролет астероида) и орбитальный аппарат для исследования системы Сатурна - "Cassini", названный в честь франко-итальянского астронома Жана-Доминика Кассини.
CRAF долгое время был лидером в этой паре - по-видимому, NASA пыталось этим проектом изжить память о позорном отказе от посылки станции к комете Галлея. Летом 1985 г. британский журнал "Spaceflight" опубликовал подробную информацию о проекте CRAF. Аппарат массой 2400 кг должны были запустить 10 марта 1991 г. с шаттла с разгонным блоком "Centaur G". 23 сентября 1991 г. CRAF должен был пройти в 6-10 тыс. км от астероида Хедвиг, а с 8 января 1995 по 30 сентября 1997 г. выполнять совместный полет с кометой Вильда-2. 17 июля 1985 г. NASA предложило исследователям подавать заявки на размещение научной аппаратуры на КА CRAF. Однако попытка протолкнуть заявку на CRAF в бюджет 1987 ф.г. не удалась, и реальное финансирование началось только через три года, естественно, уже под другие цели и другую траекторию.
В 1986 г. Комитет по научным программам ЕКА утвердил программу первой фазы работ по зонду на Титан, и в течение 1987-1988 гг. ЕКА и группа европейских фирм во главе с "Marconi Space Systems" выполнила эту часть работы. Зонд, получивший имя "Huygens" в честь голландского астронома Христиана Гюйгенса (Хёйгенса), был включен в долгосрочную программу ЕКА "Horizon 2000" как одна из "средних" по уровню затрат программ.
(Отметим в скобках, что Гюйгенс в 1655 г. открыл Титан, а в 1659 г., наконец, убедился, что таинственные детали Сатурна, обнаруженные Галилеем, представляют собой кольца. Кассини в 1675 г. обнаружил первую деталь структуры колец Сатурна, деление Кассини, а также открыл менее крупные спутники - Япет, Рею, Тефию и Диону.)
В 1987-1988 гг. NASA продолжило проработку серии исследовательских аппаратов "Mariner Mark II". Менеджером этой программы в Лаборатории реактивного движения был Реймонд Хикок. В 1989 г. Конгресс США, наконец, утвердил финансирование проектов CRAF и "Cassini" начиная с 1 октября 1989 г., выделив на 1990 ф.г. 30 млн $, после чего NASA и ЕКА провели конкурс для выбора научной аппаратуры для этих АМС. Список приборов был одобрен в предварительном порядке в 1990 г. и окончательно утвержден в конце 1992 г.
ЕКА официально начало полномасштабную работу по проекту "Huygens" в апреле 1990 г. Сотрудничество NASA и ЕКА в проекте "Cassini", включающем орбитальный аппарат NASA и зонд "Huygens" ЕКА, было закреплено соглашением, о котором было объявлено 3 января 1991 г. Запуск на РН "Titan 4" намечался тогда на апрель 1996 г. На трассе перелета планировались наблюдения по крайней мере одного астероида и системы Юпитера.
Финансирование проектов CRAF и "Cassini" сохранялось в 1990-1992 ф.г. Однако в начале 1992 г. стало ясно, что финансирование работ по КА серии "Mariner Mark II" будет сокращено до такого уровня, что становится невозможным не только создание задуманной серии, но и реализация обоих утвержденных проектов. В январе 1992 г. проект CRAF был закрыт, а проект "Cassini" переработан с целью уменьшения стоимости (на 250 млн $), облегчения и упрощения КА и управления им. В мае 1992 г. проект был утвержден повторно.
Многие технические решения были приняты с расчетом на то, что станции предстояло проработать более 10 лет. Чтобы избежать опасности механических поломок, во всех возможных случаях разработчики отказались от движущихся частей. Так, были исключены рассматривавшиеся в ранних вариантах проекта подвижные платформы для автономного наведения научных инструментов. Все приборы было решено смонтировать на корпусе, и только три из них сохранили возможность разворачиваться вокруг своей оси. Вместо ленточных запоминающих устройств (которые в 1995-1996 гг. попортят много крови операторам "Galileo") были использованы твердотельные ЗУ. Механические гироскопы были заменены на вибрирующие полусферические гироскопы-резонаторы. Отказались от подвижной антенны для передачи с зонда - было решено ретранслировать сигнал через орбитальный аппарат с использованием антенны высокого усиления. Наконец, разработчики отказались от использования на "Cassini" развертываемой антенны высокого усиления HGA типа установленной (и к этому времени отказавшей) на "Galileo". Вместо нее было решено использовать специальную антенну Итальянского космического агентства, которое стало третьим партнером в проекте.
11 декабря 1992 г. в JPL закончился критический смотр переработанного проекта. Запуск был назначен на октябрь 1997 г. на РН "Titan 4" с РБ "Centaur". Была принята баллистическая схема с двумя пролетами у Венеры, одним у Земли и одним у Юпитера. Как ни странно, в декабре 1992 г. были официально названы две разные даты прибытия к Сатурну и сброса зонда на Титан - в одном варианте ноябрь 2004 г. и июнь 2005 г., в другом - июль и ноябрь 2004 г. Выбран второй вариант.
В программе участвуют три основных партнера (США, ЕКА и Италия) и 17 стран. В работах по орбитальному аппарату и зонду было занято в общей сложности более 5000 человек.
Стоимость программы, определенная на момент запуска, составляет около 3.3 млрд $. Из них на разработку было израсходовано: NASA - 1,422 млрд $ (включая два прибора на зонде), ЕКА - 500 млн $, Италия - 160 млн $. Заказ радиоизотопных генераторов у Министерства энергетики США обошелся в 144 млн $. Стоимость ракеты-носителя - 422 млн $. Предстоящие расходы составят 54 млн $ на слежение за аппаратом и 755 млн $ на управление и обработку информации. Удивительно, но с 1992 г. программа "Cassini" не превышала пределов отведенного ей бюджета.
Конструкция КА
"Cassini" - наиболее тяжелый межпланетный КА, когда-либо созданный в США. Заправленный аппарат вместе с зондом "Huygens", адаптером и т.п. имеет стартовую массу 5712 кг, без адаптера - 5577 кг, то есть примерно такую же, какую имели советские АМС, запускаемые ракетами "Протон". Незаправленный "Cassini" имеет массу 2125 кг. Диаметр станции 4 м, длина (скорее, высота) 6.8 м, (с антенной HGA - 10.7 м).
НК: 1 июля 2004 в 04:12 UTC американская АМС Cassini успешно вышла на орбиту вокруг Сатурна. Она была запущена 15 октября 1997 г., преодолела за свое почти семилетнее путешествие более 3.5 млрд км и наконец достигла своей конечной цели. Объем научных данных, принятый учеными за кратковременное первое «свидание» станции с Сатурном, огромен, и некоторые научные открытия вызывают эйфорию у ученых всего мира. 1 июля в 00:51 UTC (30 июня в 17:51 PDT) станция переключилась на антенну низкого усиления LGA-1 и отключила телеметрию; остался только сигнал несущей частоты, по которому операторы могли судить о ее движении. За час до прохождения плоскости колец Cassini развернулась таким образом, чтобы получить минимальный ущерб от их частиц в промежутке между видимыми кольцами G и F. «Зонтиком» от возможных ударов служила остронаправленная антенна станции.
| Циклограмма выхода Cassini на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 г. |
| Время, UTC | Событие |
| 02:11 | Станция пересекает плоскость колец в восходящем узле траектории (D=158500 км) |
| 02:35:42 | Включение основного двигателя (расчетная длительность импульса - 97 мин) |
| 02:59 | Cassini проходит за кольцом F |
| 03:06 | Cassini проходит за кольцом A (нет связи - 25 мин) |
| 03:31 | Cassini виден за делением Кассини (есть связь - 6 мин) |
| 03:37 | Cassini проходит за кольцом B (связи может не быть - 28 мин) |
| 04:03 | Минимальная высота над вершиной облаков Сатурна (20000 км) |
| 04:05 | Cassini проходит за кольцом C (есть связь) |
| 04:12 | Выключение основного двигателя. Выход Cassini на орбиту вокруг Сатурна |
| 05:58 | Станция пересекает плоскость колец в нисходящем узле орбиты (D=158500 км) |
| 07:00 | Станция ориентируется на Землю и начинает передачу данных |
| 10:49 | Cassini переходит в режим стабилизации на маховиках |
Восходящий узел станция прошла без потерь и быстро выполнила второй разворот – в положение для выдачи тормозного импульса. Тормозным его, правда, можно было назвать с оговоркой. На момент его начала скорость станции относительно Сатурна, по расчетам, составляла 24.26 км/с, а к моменту окончания – 30.53 км/с. Как же так? Все правильно – просто без включения двигателя она была бы еще больше, а именно – 31.16 км/с! Двигатель Cassini должен был отнять от нее 626 м/с (всего 5%!), но этого и было достаточно для перехода с пролетной траектории на сильно вытянутую орбиту.
Интересно еще и другое: при любых других коррекциях всех межпланетных станций, созданных в JPL и под ее руководством, задавалось необходимое изменение cкорости КА. В случае с Cassini в первый раз задачей маневра было изменение «удельной энергии» станции. Соответствующий алгоритм был разработан и проверен специалистами проекта Cassini и навигационной группы JPL. Более того: во время 97-минутной работы двигателя REA-A станция медленно поворачивалась, чтобы направление импульса было строго противоположным текущей скорости. Скорость поворота была около 0.008° в секунду (с такой скоростью движется часовая стрелка!), но за 1.5 часа поворот составил почти 46°!
Разумеется, запас бортового топлива использовался при этом более эффективно. На торможение было выделено 850 кг топлива из общего запаса в 3000 кг. Cassini имеет два одинаковых маршевых двигателя тягой по 45 кгс – REA-A и REA-B, с ресурсом по 700 минут. Работал первый; второй находился в резерве, и в случае отказа первого бортовой компьютер немедленно перешел бы на второй. Но этого не потребовалось: сигнал с борта появился в 02:27 UTC, до начала торможения, и сопровождал весь маневр, кроме участков за кольцами A и B. А в 04:30 UTC Cassini уже через основную антенну HGA послал 20-секундную радиограмму и «доложил», что у него все в порядке.
Двигатель REA-A развил тягу на 1% выше номинальной, и импульс оказался на минуту короче ожидаемого, но фактическое приращение скорости составило 626.17 м/с и совпало с расчетным. Определив начальную орбиту, навигаторы отменили две запланированные коррекции OTM-1 и OTM-1A: необходимости в них просто не было. Станция же 75 минут занималась съемкой колец и зондированием магнитосферы, затем «прикрылась» антенной для второго прохождения плоскости колец, и лишь в 12:39 UTC начала передачу изображений и данных на Землю.
|
6. Посадка на Сатурн
- Спокойной плазмы, Володя, - сказал директор. - Не провалитесь там в Сатурн.
- Тьфу на тебя, - проворчал Быков и выключил рацию.
Стругацкие. "Должен жить"
Стан щелкнул тумблером и заглушил двигатели.
— Ну вот и все, — сказал он, потянувшись что было сил. — Мы приземлились на поверхности Сатурна. И по такому случаю не худо было бы выпить. — Он недовольно заворчал, обнаружив, что требуется чуть ли не вся его сила, чтобы подняться с кресла.
— Две целых и шестьдесят четыре сотых земного тяготения, — сказал Ниссим, читая показания тончайшего кварцевого балансира на своей приборной панели. — При такой нагрузке работать будет нелегко.
— То, что нам предстоит, не должно занять много времени, — ответил Альдо. — Давайте действительно выпьем. Потом Стэн сможет немного поспать, пока мы займемся наладкой ТМ-экранов.
Гарри Гаррисон. «Давление»
Датский мультфильм "Экспедиция на Сатурн" (2008)
|
Как и на прочих газовых гигантах, есть сомнения насчёт поверхности, так что посадка пока - только в фантастике
|
7. Взлёт с Сатурна
Я помню, что художник рисовал Сатурн. Но взлёт это или посадка? Пусть будет взлёт!
|
Когда нет уверенности в наличии поверхности, ещё труднее представить взлёт с неё |
8. Аэростат в атмосфере Сатурна
Вообще-то планы были. Но вряд ли они осуществимы в этом столетии
|
11. Зондирование атмосферы Сатурна
Назвать зондированием сброс "Кассини" в атмосферу Сатурна трудно - он не был приспособлен для зондирования
Текст с https://poznavaemoe.ru/kak-budet-vyglyadet-posadka-na-saturn/ - современные представления о якобы зондировании:
Решив опуститься на поверхность планеты, вы сразу столкнетесь с огромной проблемой - отсутствием этой самой поверхности. Сатурн практически полностью состоит из водорода и гелия. Собственно, поэтому он и называется газовым гигантом. Если вы войдете в атмосферу планеты в районе Северного полюса, то увидите зрелищное полярное сияние. Магнитное поле Сатурна генерирует мощные токи, нагревающие атмосферу у полюсов. К сожалению, всё это электричество может поджарить электронику вашего спускаемого аппарата, поэтому будет лучше держаться от этой красоты подальше.
Через какое-то время вы окажетесь в тропосфере с её мощными ветрами - их скорость достигает 400 метров в секунду. Это более чем в три раза сильнее самых разрушительных ураганов на Земле. Ваш корабль будет окружен желтыми облаками, придающими планете её уникальный, ни на что не похожий цвет. Они наполнены кристаллами аммиака. Если бы у вас была возможность принюхаться, то вы почувствовали бы характерный резкий запах. Здесь очень холодно, до минус 250 градусов по Цельсию.
Ниже, впрочем, гораздо теплее. Продолжив погружение, вы достигните слоя воды, температура которой составляет 0 градусов. Однако надо понимать, что чем дальше вы спускаетесь, тем сильнее давление на спускаемый аппарат. Здесь оно создает лед, который смешивается с окружающими газами и образует мощный град, который с учётом скорости ветра представляет огромную опасность. В 1000 километров от верхней границы тропосферы водород становится жидким. Если вам каким-то чудесным образом удастся добраться до следующего слоя, вас ждёт ещё один сюрприз - жидкий металлический водород. Металл прекрасно проводит электричество, так что если ваша электроника уцелеет после спуска сквозь зону полярного сияния, она наверняка откажет здесь.
Но если вам каким-то образом удастся уцелеть и спуститься ещё ниже, у вас будут все шансы ответить на один из самых больших вопросов, имеющихся у науки относительно Сатурна. Ученые предполагают, что его ядро состоит из железа и никеля, но не знают точно, жидкое оно, как предыдущий слой, или твердое, как у Земли. Температура здесь достигает 83000 градусов - это жарче, чем на поверхности Солнца. Поэтому, совершив научный подвиг, быстренько поднимайтесь назад, если сможете. И возвращайтесь на Землю - за заслуженными почестями.
|
12. Коррекция на орбите ИС Сатурна
Выход на орбиту Сатурна КА "Кассини" был настолько точен, что навигаторы отменили две запланированные коррекции OTM-1 и OTM-1A: необходимости в них просто не было.
НК: В плане полета Cassini июльская встреча с Титаном имела обозначение Titan 0, а октябрьская – Titan A. И чтобы вернуться к Титану, нужно было сделать три маневра – OTM-2, -3 и -4.
23 августа станция Cassini успешно выполнила первый из них, более известный как маневр подъема периапсиса (PRM, Periapsis Raising Manoeuvre). Периапсис, или перицентр, – это самая близкая к Сатурну точка эллиптической орбиты, апоапсис (апоцентр) – наиболее далекая. Сразу после торможения 1 июля скорость КА достигала 30 км/с, однако маневр OTM2 проводился на подлете к апоцентру первоначальной орбиты, когда скорость КА относительно Сатурна снизилась всего лишь на 325 м/с. Маршевый двигатель Cassini был настроен на тягу 443 Н (вместо обычных 450 Н). Импульс длился очень долго – 51 мин 08 сек и обеспечил приращение скорости 392.9 м/с. В истории полета Cassini он был третьим по длительности после большой коррекции 3 декабря 1998 г. (88 мин) и маневра выхода на орбиту вокруг Сатурна (97 мин). Об изменении параметров орбиты станции в результате маневра OTM-2 можно судить по данным, приведенным в таблице.
|
13. Гравиманевр у Сатурна
Первый гравиманевр у Сатурна 12 ноября 1980 года пыполнил "Вояджер-1". Он перенаправлен к Титану. А 26 августа 1981 года гравиманевр совершил уже "Вояджер-2", который направился уже не к лунам Сатурна, а к Урану. Если бы "Вояджеру-1" не удалось исследовать Титан, по его пути бы направился "Вояджер-2". Но всё удалось.
|
14. Фотографирование с орбиты ИС Сатурна
1 июля 2004 в 04:12 "Кассини" вышел на орбиту Ис Сатурна, в 04:30 доложил, что у него всё хорошо, а в 12:39 уже начал передачу изображений с орбиты ИС. За 13 лет работы было получены тысячи снимков, но, на мой взгляд, самые интересные - полярные шестигранники. Вот такие:
|
15. Сведение с орбиты ИС Сатурна
Размеры системы Сатурна столь огромны, что трудно назвать точную лату (потом уточню). Аппарат выполнил около 100 пролётов Титана, но состарился за 20 лет, РИТЭГ истощился, работа была выполнена и перевыполнена многократно. Очень печально, но решение было аппарат уничтожить путём сброса на Сатурн, чтобы земные микробы не попали на Титан - главную надежду астробиологов (считается, что "Гэйгенс" чист, как херувим). Не знаю, когда была сделана последняя, убийственная инъекция коррекция, но 22 апреля 2017 года космическая станция пролетела в последний раз Титан и по спирали (пройдя 22 раза кольца) устремилась к Сатурну, где и погибла 15 сентября 2017 года в 11:55:46
15 июля «Кассини» осуществил последнюю серьезную коррекцию курса. В ходе длившегося 153.1 секунды включения основного двигателя аппарат изменил свою орбитальную скорость на 14.3 см/c. В ходе последних шести недель миссии инженеры больше не планируют включать основные двигатели «Кассини» — лишь двигатели малой тяги. Особенно они пригодятся в день завершения миссии. Когда 15 сентября «Кассини» войдет в атмосферу Сатурна, двигатели малой тяги будут активированы, чтобы как можно дольше удержать антенну аппарата нацеленной на Землю.
|
