Ю. КОЛЕСИИКОВ

Осенью этого года завершается длительный период подготовки к запуску американского космического аппарата «Галилей», предназначенного для исследований Юпитера и его спутников.

Масса аппарата «Галилей» составляет 2405 кг. Он состоит из орбитального блока и отделяемого зонда. На орбитальном блоке массой 2700 кг установлено 11 научных приборов общей массой 103 кг. Блок оснащен вынесенной на длинной штанге радиоизотопной энергетической установкой, обеспечивающей после выхода аппарата на траекторию полета к Юпитеру мощность 500 Вт.

Орбитальный блок состоит из двух частей — вращающейся со скоростью 3,15 об/мин и секции, снабженной системой противовращения. Вращающаяся часть обеспечивает стабилизацию положения орбитального блока в пространстве. На ней установлены корректирующе-тормозная двигательная установка с тягой 40 кг, остронаправленная раскрывающаяся антенна диаметром 4,8 м и вынесенные на развертывающейся в космосе штанге длиной около 11 м магнитометр и датчик прибора, регистрирующего волны в плазме. Остронаправленная антенна служит для связи с Землей и проведения радиозатменного зондирования атмосферы Юпитера.

Секция с системой противовращения несет на себе отделяемый зонд, антенну для приема от него информации с отражателем диаметром 1 м, съемочную камеру и другие приборы, требующие точного наведения на объект исследования.

Конусообразный отделяемый зонд имеет высоту 0,86 м, диаметр 1,25 м и массу 335 кг; 213 кг из них приходятся на блок торможения, а 118 кг — на герметизированный контейнер с шестью научными приборами, общая масса которых составляет 28 кг. Зонд снабжен теплозащитным экраном толщиной от 10 до 147 мм и аккумуляторной батареей, рассчитанной на работу в течение часа.

Работы над программой «Галилей» продолжаются уже более десяти лет. Сначала аппарат вместе с отделяемым зондом, который должен проникнуть в атмосферу Юпитера, предполагалось вывести на межпланетную траекторию в 1982 г. Выполнить эту операцию должны были с помощью многоразового транспортного космического корабля «Спейс Шаттл» и твердотопливного межорбитального буксира IUS. Программой полета предусматривался пертурбационный маневр в поле тяготения Марса. Однако из-за задержки разработки программы «Спейс Шаттл» выполнить намеченное в 1982 г. не удалось.

Следующее «окно» для запуска в 1984 г. оказалось менее благоприятным. Баллистические условия не позволяли выбранным транспортным средствам вывести аппарат на межпланетную трассу с необходимой скоростью. Поэтому решили осуществить выведение аппарата и зонда раздельно, использовав для каждого запуска свой «космический челнок» и свой же межорбитальный буксир. Проработка этого варианта показала его высокую стоимость — он требовал дополнительно 225 млн. долл. Ряд конгрессменов США выступил против выделения этих средств, и НАСА пришлось вернуться к прежней схеме. При этом для перевода аппарата с околоземной орбиты на межпланетную траекторию предусматривалось использовать вместо твердотопливного водородно-кислородный буксир «Центавр» с более высокими энергетическими характеристиками.

Впоследствии запуск откладывался еще дважды — сначала до 1985-го, потом до 1986 г., пока катастрофа «Челленджера» не сделала этот срок вообще неопределенным. Аппарат пришлось возвратить с космодрома на мысе Канаверал в Лабораторию реактивного движения в городе Пасадена. Летом 1988 г. были проведены его повторные испытания, некоторые научные приборы тоже вернули для проверки и калибровки в организации, где они были созданы. Из-за отсрочек запуска пришлось внести существенные изменения в служебное оборудование отделяемого зонда. На доработку его электрических батарей, парашютной системы и семи научных приборов потребовалось израсходовать сверх плана 1,5 млн. долл.

Дополнительные трудности в осуществлении программы создал и отказ от использования на кораблях «Спейс Шаттл» буксиров «Центавр». Конструкторам пришлось снова обратиться к твердотопливному буксиру IUS, а проблему недостатка энергетики решать путем выбора другой баллистической схемы полета.

Новая траектория предусматривает пертурбационный маневр уже не около Марса, а у Венеры и два аналогичных дополнительных маневра в поле тяготения Земли. Стартовав в октябре—ноябре 1989 г. в грузовом люке орбитальной ступени многоразового корабля «Атлантис», аппарат в феврале 1990 г. проследует на расстоянии 14,5 тыс. км от Венеры. При этом некоторые из установленных на нем научных приборов используют для исследования этой планеты и окружающего ее пространства. В частности, будут проведены инфракрасная спектроскопия Венеры и поиски в ее атмосфере признаков электрических разрядов.

Примерно через неделю «Галилей» пройдет на минимальном расстоянии от Солнца, составляющем немногим более 100 млн. км. Сначала, когда планировалось, что аппарат сразу без промежуточных маневров выйдет на траекторию полета к Юпитеру, его конструкция рассчитывалась на «умеренный» космический климат, царящий в пространстве между орбитами Земли и Юпитера. Когда же было принято решение о полете по новому пути, предусматривающем большее сближение с Солнцем, пришлось позаботиться о тепловой защите.

Вместо черной краски аппарат покрыли блестящим, хорошо отражающим солнечные лучи покрытием, а некоторые участки корпуса, выносных штанг и научные приборы снабдили защитными экранами из золотой фольги. Чтобы остронаправленная антенна не подверглась чрезмерному нагреву, она останется в сложенном состоянии под чехлом почти до самой цели межпланетного путешествия. Ее не будут использовать даже при исследованиях Венеры. Научная информация оттуда будет передаваться с помощью специально установленной для этого небольшой ненаправленной антенны.

...В декабре 1990 г., завершив первый оборот вокруг Солнца, аппарат вновь окажется в окрестностях Земли всего в тысяче км от нее. Это сближение увеличит его скорость относительно Солнца на 5 км/с и выведет аппарат за пределы орбиты Марса.

29 октября 1991 г, он пройдет около астероида Гаспpa, имеющего размеры порядка 15 км. Относительная скорость двух небесных тел — естественного и искусственного — в этот момент будет равна 8 км/с. Второй астероид (Ида) окажется вблизи аппарата в августе 1993 г. С ним «Галилей» разминется со скоростью 13 км/с. Эти пролеты можно рассматривать как генеральную репетицию для новой американской программы по исследованию кометы Темпель-2 и астероида Гестия, намеченной на первую половину 90-х годов.

В декабре 1991 г, с помощью бортовых микродвигателей будет проведена коррекция траектории, обеспечивающая одновременно и приращение скорости аппарата еще на 100 м/с. Около года «Галилей» будет лететь в поясе астероидов, а в декабре 1992 г, снова приблизится к Земле, замыкая второй виток вокруг Солнца. На этот раз Земля, мимо которой аппарат пройдет на минимальном расстоянии 300 км, ускорит его движение на 4 км/с. Во время сближения с Землей программой полета предусматривается картирование обратной стороны Луны с помощью спектрометра, работающего в инфракрасной области спектра. Вторая встреча с Землей станет последним свиданием с планетами земной группы, после чего аппарат направится прямо к Юпитеру.

Таким образом, использование гравитационных сил планет позволит аппарату «Галилей» увеличить свою скорость в общей сложности примерно на 10 км/с практически без затрат топлива бортовых микродвигателей. Преимущества этого способа наглядно показывает расчет, согласно которому все имеющееся в баках аппарата топливо способно дать приращение скорости всего лишь в 1,6 км/с.

Когда до Юпитера останется примерно 6 месяцев пути, от аппарата отделится спускаемый зонд. Еще через 7 суток будет проведена коррекция траектории орбитального блока. Цель коррекции - так направить блок, чтобы он в нужный момент оказался над зондом в зоне его радиовидимости и мог ретранслировать на Землю передаваемую им информацию.

За шесть часов до включения двигательной установки на торможение для перевода орбитального блока на орбиту искусственного спутника Юпитера с периодом обращения около 23 суток он пролетит на расстоянии тысячи км около одного из спутников планеты (Ио). При этом должно быть получено его изображение с разрешением до 20 м и произведены научные ксследования этого тела.

Сближение с Ио имеет и чисто утилитарную цель — выполнить с его помощью пертурбационный маневр, уменьшающий импульс двигательной установки, необходимый для торможения орбитального блока. Больше основной блок к Ио приближаться не будет, так как орбита Ио расположена в зоне радиации Юпитера, опасной для электронного оборудования аппарата.

Двигательная установка орбитального блока включается через 45 мин после окончания 75-минутного сеанса приема информации от отделяемого зонда. Зонд входит в атмосферу Юпитера на высоте 450 км. При этом широта точки входа, равная 6° с. ш., не должна отклоняться от заданной больше чем на 0,5°, а отклонение момента входа от расчетного — не более чем на 8 мин.

Зонд должен выдержать высокие перегрузки, температуру и давление. Он войдет в атмосферу Юпитера со скоростью 44,4 км/с. Перегрузки при этом достигнут 350 единиц. Когда через 75 мин зонд углубится в атмосферу на 240 км, действующее на него давление достигнет 15—20 бар. Эта величина является для зонда критической.

С помощью установленной на зонде научной аппаратуры в атмосфере Юпитера будут измеряться ее температура, плотность и давление, определяться химический состав, относительное содержание гелия, потоки уходящей от планеты собственной энергии и проникающего сюда солнечного излучения, вестись поиск облачных образований и сверкающих в них молний...

Обращаясь вокруг Юпитера, орбитальный блок аппарата «Галилей» будет неоднократно проходить мимо трех из 16 сопровождающих его галилеевых спутников. При этом минимальное расстояние до них и максимальное разрешение полученных изображений составит соответственно: для Ганимеда — 834 км и 17м, для Каллисто — 813 км и 6 м, для Европы — 200 км и 4 м. Прохождения около галилеевых спутников используются не только для их исследования, но и для совершения пертурбационных маневров, обеспечивающих очередные сближения с этими небесными телами.

За 22 месяца, на которые рассчитана программа работы орбитального блока у Юпитера, он проведет радиозондирование атмосферы планеты, изучение ее химического состава, съемку планеты с целью наблюдения за глобальной циркуляцией облачного слоя, измерение его температуры, напряженности окружающего планету магнитного поля, регистрацию метеорных тел и заряженных частиц высоких и низких энергий. Ожидается, что качество изображений Юпитера, которые аппарат «Галилей» передаст на Землю, будет намного выше качества изображений, полученных ранее с помощью космического аппарата «Вояджер».

К моменту запуска затраты на проект «Галилей» составили примерно 1,4 млрд. долл., включая 157 млн. долл., которые стоили разработка и производство космического аппарата. Эти средства выделены организациями двух стран — США и ФРГ. Вкладом ФРГ является бортовая двигательная установка и ряд научных приборов.