Миссия к меркурию


С космодрома Куру во французской Гвиане стартовала ракета Ariane 5, которая отправила в семилетний полет миссию BepiColombo – совместный проект Европейского и Японского космических агентств. Старт тяжелой европейской ракеты состоялся как было запланировано, в 4.45 мск.

Характер и цели миссии ставят ее в один ряд с крупнейшими космическими экспедициями последних десятилетий. Это одна из самых дорогостоящих миссий в истории Европейского космического агентства –

общая стоимость проекта оценивается в $1.85 млрд.

При этом степень присутствия в ней японской стороны будет самым крупным за всю историю участия страны в международных космических программах.

Полет к ближайшей к Солнцу планете будет непростым и долгим – он займет целых семь лет и завершится в декабре 2025 года, за это время BepiColombo пролетит 9 млрд километров.


Изучение Меркурия будет осуществляться двумя аппаратами с разных орбит – европейским Mercury Planetary Orbiter и японским Mercury Magnetospheric Orbiter, который прозвали MIO. Эти два орбитера будут изучать особенности планеты, до недавнего времени считавшейся учеными относительно скучной и представляющей мало интереса, буквально опаленной Солнцем.

Однако последние исследования показали, что эта планета таит множество неразгаданных тайн, связанных с необычным магнитным полем и залежами льда под ее поверхностью.

Главной сложностью в достижении планеты окажется не высокая температура вблизи Солнца, а физические ограничения, делающие невозможным полет к планете при помощи традиционных способов. «Разница между орбитами Меркурия и Земли составляет 100 млн километров, и когда мне сказали, что лететь семь лет,

то, прикинув скорость корабля, я удивился – почему так долго?»,

— пошутил на послестартовой пресс-конференции глава Европейского космического агентства Иоганн-Дитрих Вернер. Все дело в том, что Солнце и Меркурий — самые труднодостижимые тела для космических аппаратов в Солнечной системе.


«Если аппарат запустить к Меркурию, то он наберет скорость, которую не удастся погасить никакой ракетной техникой», — пояснил главный научный сотрудник Института космических исследований РАН Леонид Ксанфомалити.

Изящное решение проблемы много лет назад предложил итальянский математик и инженер Джузеппе Коломбо, в честь которого и названа эта миссия. Реализовано оно впервые было при отправке первой в истории миссии к Меркурию Mariner 10 в 1973 году.

Для этого ученый предложил использовать гравитационные маневры вблизи внутренних планет.

«При таких маневрах можно достичь скорости удаления от планеты гораздо большей, чем при сближении. Процедура совершенно бесплатная – не расходуя ни капли топлива, благодаря гравитационным маневрам вы можете ускорить движение аппарата или наоборот замедлить, — пояснил Ксанфомалити. – Но замедление очень удлиняет время полета».

Чтобы достичь орбиты Меркурия и остаться на его орбите, миссии BepiColombo при помощи ионных двигателей придется совершить целых девять гравитационных маневров –

один у Земли, два у Венеры и шесть у Меркурия.

Ученые подсчитали, что за счет этих маневров платформа, доставляющая орбитеры к Меркурию, получит в восемь раз больше дармовой энергии, чем потребовалось бы для полета к Марсу. Это позволит достичь максимальной скорости в 60 километров в секунду.


Подобные сложности объясняют, почему BepiColombo – лишь вторая после MESSENGER орбитальная миссия у планеты Меркурий в истории исследования Солнечной системы. Несмотря на то, что первым аппаратом, изучавшим планету, был Mariner 10, он не смог выйти на орбиту вокруг планеты и исследовал ее с пролетных траекторий.

У европейского и японского зонда будет своеобразное разделение труда. MIO сосредоточится на изучении окружения планеты – особенностей магнитного поля и взаимодействия с сильным солнечным ветром. MPO займется картированием поверхности, ее химического состава, изучением особенностей гравитационного поля.

«Самое восхитительное – это низкая орбита MPO», — пояснила Нэнси Шабо, планетолог из Университета Джонса Хопкинса. По ее словам, это, возможно, позволит разглядеть 16-метровый кратер, оставленный на поверхности планеты при падении предшествующей миссии MESSENGER, и исследовать выброшенные при ударе породы.

По словам ученых, главная интрига в изучении планеты – обнаруженные ранее залежи льда под поверхностью некоторых кратеров в полярных областях Меркурия. Они предполагают, что занести лед на планету в далеком прошлом могли астероиды и кометы.

Помимо европейских и японских приборов в миссии участвуют два российских научных инструмента, разработанных в ИКИ РАН.

MGNS (Меркурианский гамма- и нейтронный спектрометр) займется изучением элементного состава вещества поверхности Меркурия. Кроме того, ученые ИКИ РАН участвовали в разработке Ультрафиолетового спектрометра PHEBUS. По плану оба орбитальных зонда должны проработать у Меркурия минимум два года.

Источник: www.gazeta.ru


ИКИ РАН. «БепиКоломбо» стартовал к Меркурию

20 октября 2018 года в 01:45:28 GMT (или 04:45:28 мск) с космодрома Куру успешно стартовала ракета-носитель «Ариан-5», которая вывела в космос аппараты европейско-японской миссии «БепиКоломбо» по исследованию Меркурия. В научной программе проекта принимают непосредственное участие российские исследователи; четыре прибора в составе комплексов научной аппаратуры были полностью или частично созданы в России.

 

Радиосигнал от «БепиКоломбо», подтверждающий, что запуск был успешным, был принят в 02:21 GMT (05:21 мск).

 

Ян Вёрнер (Jan Woerner), генеральный директор Европейского космического агентства (ESA), поздравил всех участников с успешным запуском и подчеркнул значимость проекта для сотрудничества ESA и Японского аэрокосмического исследовательского агентства (JAXA), а также для развития международного сотрудничества в целом. В проекте также принимают участие партнеры из США и России.


 

В Институте космических исследований РАН создан один из научных приборов — Меркурианский гамма- и нейтронный спектрометр (МГНС). Он предназначен для регистрации гамма-излучения и нейтронов, которые рождаются в грунте Меркурия под действием космических лучей. По этой информации можно восстановить состав поверхности Меркурия до глубины примерно 2 метра, а также определить, есть ли в грунте летучие соединения, в первую очередь водяной лёд. Хотя планета находится очень близко к Солнцу, в вечно затенённых областях полярных кратеров могут сохраняться молекулы воды или водяной лёд, попавший туда из-за падений комет. Научный руководитель эксперимента — д.ф.-м.н. Игорь Митрофанов, руководитель отдела ядерной планетологии ИКИ.

 

Ещё три прибора: ультрафиолетовый спектрометр ФЕБУС (PHEBUS), камера наблюдения в лучах натрия МСАСИ (MSASI) и плазменный комплекс СЕРЕНА (SERENA) — созданы с участием российских исследователей. В отделе физики планет были созданы входной оптический блок с системой наведения прибора в заданном направлении для прибора ФЕБУС и блок оптико-механической развертки для получения изображения для камеры МСАСИ; научный со-руководитель этих экспериментов с российской стороны — член-корреспондент РАН Олег Кораблёв, руководитель отдела.


nbsp;комплекс СЕРЕНА включен Панорамный энерго-масс-спектрометр положительно заряженных ионов ПИКАМ, также созданный с участием ИКИ. Руководитель эксперимента с российской стороны д.ф.-м.н. Олег Вайсберг, главный научный сотрудник отдела физики космической плазмы.

 

«БепиКоломбо» — третья специальная миссия к Меркурию в истории человечества после аппаратов NASA Mariner—10 (пролёты Меркурия в 1974–75 гг.) и MESSENGER (работал на орбите планеты в 2011–2015 гг.). Её задачи — всесторонне изучить саму планету, её поверхность, внутреннюю структуру, атмосферу и экзосферу, а также магнитное поле и его взаимодействие с солнечным ветром. Эти данные помогут ответить на вопросы, как образовался Меркурий и почему он во многом сильно отличается от других планет земной группы.

 

Чтобы провести такие комплексные исследования, в миссию было включено два аппарата с немного разными задачами.
рвый, более тяжёлый, — Меркурианский планетный орбитальный аппарат (Mercury Planetary Orbiter, MPO) разработки ESA. Он будет находиться на достаточно низкой орбите и почти всегда «смотреть» на поверхность планеты. Второй — Меркурианский магнитосферный орбитальный аппарат (Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO), созданный в JAXA. MMO нацелен на исследования магнитосферы Меркурия и его плазменного окружения; его орбита более вытянута и пересекает различные области магнитосферы, а также выходит за её пределы, в область солнечного ветра.

 

Сложность полёта и работы у Меркурия определяется в первую очередь его близостью к Солнцу. «БепиКоломбо» придётся специально замедляться, чтобы выйти на стабильную орбиту вокруг планеты. Для этого будут использоваться ионные двигатели — одна из технологических «новинок» миссии. Другая трудность — поток солнечной радиации около Меркурия гораздо больше, чем у Земли. Чтобы не дать аппаратуре перегреться, используются специальные покрытия. Кроме этого, солнечные батареи MPO будут периодически «отворачиваться», а аппарат MMO будет постоянно вращаться, чтобы не перегреть одну из сторон.


 

Во время запуска и на этапе перелёта оба аппарата соединены в единую конструкцию с помощью меркурианского перелётного модуля MTM (Mercury Transfer Module) разработки ESA. От перегрева во время перелёта MMO защищает тепловой экран MOSIF (MMO Sunshield and Interface Structure), который будет отброшен после разделения аппаратов у Меркурия.

 

Сейчас «БепиКоломбо» находится на околоземной орбите, проходит тестирование его аппаратуры. Через три дня ожидается выведение на траекторию межпланетного перелёта, который займёт семь лет и потребует девять гравитационных манёвров у Земли, Венеры и самого Меркурия. Предположительно, во время гравитационных манёвров у Венеры часть приборов «БепиКоломбо» будут включены, чтобы исследовать и вторую планету от Солнца.

 

«БепиКоломбо» (BepiColombo) — совместный проект Европейского космического агентства (ESA) и Японского аэрокосмического агентства (JAXA) при ведущей роли ESA по изучению Меркурия с орбиты его искусственного спутника.

 

Проект получил название в честь итальянского математика и инженера, профессора университета Падуи Джузеппе Коломбо (Giuseppe Colombo, 1920–84), имя которого неразрывно связано с историей изучения Меркурия.
узеппе, или, как его называли, «Бепи», Коломбо математически объяснил, почему вращение Меркурия синхронизировано с его обращением вокруг Солнца таким образом, что за два прохода по орбите (два меркурианских года) он делает три оборота вокруг своей оси. Именно он предложил NASA использовать гравитационные манёвры у Венеры в проекте Mariner 10 по изучению Меркурия с пролётной траектории (три пролёта в 1974–75 гг.).

 

Российские ученые принимают участие в научной программе миссии; четыре прибора в составе научной аппаратуры обоих аппаратов создаются при участии или полностью в Институте космических исследований РАН, российские исследователи выступают как руководители и со-руководители экспериментов.

Источник: www.roscosmos.ru

К соседу Солнца 

 

Меркурий — самая маленькая планета Солнечной системы. На его освещённой стороне температура поднимается до +427 °C, в то время как на тёмной опускается до -193 °C. Оборот вокруг своей оси планета совершает за 58,7 суток, а вокруг Солнца — за 88. Однако пока её особенности изучены недостаточно хорошо.

BepiColombo — третья миссия по изучению Меркурия. До этого к ближайшему соседу Солнца отправлялись только две станции NASA: Mariner-10 в 1974 году и Messenger, вышедший на орбиту Меркурия в марте 2011 года и ставший его первым искусственным спутником. В 2015-м Messenger завершил своё космическое путешествие, упав на поверхность планеты. Благодаря данным, собранным за время этих миссий, учёные узнали о существовании водяного льда на дне скрытых от Солнца кратеров Меркурия. Также удалось выяснить, что эта маленькая планета — единственная из земной группы (за исключением самой Земли), которая обладает магнитным полем. Однако выяснить происхождение её водяного льда и магнитного поля пока не удалось. 

Задача BepiColombo — углубить и расширить знания, полученные в ходе двух предыдущих полётов к Меркурию. Миссия, названная в честь итальянского математика Джузеппе Коломбо, рассчитывавшего траектории полёта Mariner-10, является совместным проектом Европейского космического агентства (ESA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) при участии России.

Ожидается, что перелётный модуль миссии BepiColombo доставит научные аппараты на орбиту Меркурия к 2025 году. Аппараты оснащены приборами, которые разрабатывали в том числе российские учёные Института космических исследований РАН. Ранее та же группа специалистов создала приборы, работающие сегодня на борту марсохода Curiosity и лунного зонда LRO.

Исследователи рассчитывают, что оснащённые более современными инструментами аппараты смогут найти ответы на вопросы, оставшиеся загадкой для Mariner-10 и Messenger.

«Мы летим в самое жерло огненной печи. Но мы к этому готовы», — заявил руководитель проекта ESA Ульрих Рейнингхаус.

Гравитационный сёрфинг

 

Меркурий — одна из самых труднодостижимых планет Солнечной системы. Чтобы добраться до него, космическому кораблю необходимо потратить столько же энергии, сколько при полёте к Плутону, притом что расстояние от нашей планеты до ледяного карлика в 50 тыс. раз превышает расстояние от Земли до Меркурия.

При полёте к далёким от Солнца планетам космической станции необходимо дополнительно разогнаться, чтобы преодолеть силу притяжения светила. При путешествии к близким соседям Солнца кораблю, наоборот, нужно сначала замедлиться, а затем набрать скорость.

В самом конце пути станции необходимо затормозить. Обычно аппараты снижают скорость за счёт гравитации планеты, к которой они летят. Но в случае с Меркурием возникает существенная проблема, ведь сила его притяжения слишком мала — лишь 37,7% от земной. Теоретически скорость можно было бы снизить с помощью двигателя, но в таком случае аппарату пришлось бы запастись огромным количеством топлива, что практически неосуществимо.

Чтобы сэкономить ценное топливо, учёные решили использовать силу притяжения космических тел, мимо которых будет пролетать аппарат. Такой способ изменения траектории станции называется гравитационным манёвром. 

«Аппарат выполнит многократные гравитационные манёвры. Один возле Земли, два — у Венеры и шесть — вблизи Меркурия. Только после этого станция войдёт в орбиту планеты и начнёт научную работу», — сообщил в беседе с RT инженер ESA и научный сотрудник программы BepiColombo Йоханнес Бенхоф.

Аппарат будет «нарезать круги» и вокруг Солнца по уменьшающимся радиусам. По словам Бенхофа, каждый облёт звезды займёт несколько месяцев.

Ещё одна проблема, которую необходимо было решить авторам космической одиссеи, — перегрев станции лучами палящего Солнца.

«Полёт вглубь Солнечной системы осложняется тем, что вблизи звезды температуры, воздействию которых подвергается космический аппарат, достаточно высоки. Это создаёт опасность пребывания на орбите Меркурия. Решить эту проблему позволяет специальный экран в форме зонтика, который всегда будет развёрнут к Солнцу», — пояснил в беседе с RT руководитель отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН Олег Кораблёв.

На двух орбитах

 

Предполагается, что на орбиту Меркурия аппарат выйдет в декабре 2025 года. После прибытия к планете два состыкованных космических аппарата разделятся и проработают на разных орбитах Меркурия не менее года.

На европейском MPO массой 1230 кг размещены 11 научных инструментов: камеры, акселерометры, а также российские гамма-, энерго-масс-анализатор и ультрафиолетовые спектрометры. Необходимая для работы приборов температура будет поддерживаться с помощью мощных отражающих зеркал. Но даже несмотря на такую защиту, работать MPO сможет только постоянно вращаясь — так легче уходит тепло. Аппарат будет находиться на высоте от 400 до 1,5 тыс. км над поверхностью планеты. В ходе миссии он исследует поверхность и внутреннее строение Меркурия.

Японский MMO весом 285 кг будет работать на высоте от 590 до 12 тыс. км над поверхностью Меркурия. Аппарат оборудован пятью инструментами, которые изучат магнитное поле и магнитосферу планеты.

Инновационные двигатели

 

Космический корабль оборудован системой QinetiQ, которая состоит из четырёх ионных двигателей T6, работающих на солнечной энергии. Считается, что они эффективнее расходуют топливо, чем жидкостные. T6 работают на инертном газе — ксеноне.

«Ионные двигатели — достаточно эффективная система управления движением, в основе которой лежит ускорение ионов», — отметил в интервью RT руководитель отдела ядерной планетологии ИКИ РАН Игорь Митрофанов.

По словам эксперта, главное достоинство ионных двигателей — их экономичность.

«Во сколько раз вы можете увеличить скорость движения частиц, во столько раз вы можете сэкономить на массе космического корабля», — пояснил Митрофанов.

Более того, по словам инженера ESA Йоханнеса Бенхофа, без компактных ионных двигателей полёт к Меркурию был бы просто невозможен.

«В противном случае понадобился бы громаднейший космический корабль и гигантская пусковая установка, которых в настоящее время не существует в природе», — отметил учёный.

Источник: russian.rt.com

Ракета «Ариан-5» запустила аппараты европейско-японской миссии «БепиКоломбо», предназначенной для исследования Меркурия. В состав миссии входят два исследовательских зонда, которые будут изучать планету на разных орбитах, а также перелетный модуль для их доставки. Прибытие на рабочие орбиты запланировано на декабрь 2025 года, после чего аппараты начнут свою научную программу, рассчитанную на год. Трансляция запуска проходила на сайте Европейского космического агентства.

Пока Меркурий посещали лишь два аппарата — «Маринер-10» в середине 1970-х годов, который совершил лишь три пролета у планеты, и «Мессенджер», который после нескольких пролетов в 2011 году вышел на орбиту Меркурия и исследовал его в течение четырех лет. Из-за этого ученые смогли собрать не так много данных о Меркурии, как о некоторых других планетах, к примеру, Марсе. Миссия «БепиКоломбо», разработанная специалистами из Европейского космического агенства (ESA) и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), призвана восполнить часть недостающих данных о Меркурии.

В состав «БепиКоломбо» входят три аппарата — перелетный модуль MTM (Mercury Transfer Module) и орбитальный модуль MPO (Mercury Planetary Orbiter), созданные европейскими инженерами, и еще один орбитальный модуль MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), созданный специалистами из Японии. Перелетный модуль с четырьмя ионными двигателями отвечает за полет к Меркурию, а два остальных зонда, которые после прибытия отделятся и выйдут на две разные полярные орбиты, будут проводить научные исследования. Задачи у аппаратов тоже разные — MPO будет исследовать поверхность планеты, а MMO сконцентрируется на изучении ее магнитного поля и магнитосферы. На борту обоих зондов установлены российские научные инструменты. Незадолго до запуска мы попросили руководителя Отдела ядерной планетологии Института космических исследований РАН Игоря Митрофанова рассказать о них и о том, что с их помощью надеются найти ученые.

Ракета «Ариан-5» с аппаратами стартовала с космодрома Куру во Французской Гвиане 20 октября в 4:45 по московскому времени. Как и многие другие космические аппараты, «БепиКоломбо» полетит к своей цели не напрямую. Поскольку из-за большой гравитации Солнца аппарату требуется много энергии для выхода на стабильную орбиту вокруг Меркурия, перед этим он совершит девять гравитационных маневров — один у Земли, два у Венеры и еще шесть у самого Меркурия. Кстати, название «БепиКоломбо» дано миссии в честь Джузеппе Коломбо (Giuseppe Colombo), который разработал и рассчитал гравитационные маневры для зонда «Маринер-10».

На октябрь 2025 года запланировано отделение перелетного модуля, а в декабре того же года аппараты должны выйти на стабильную орбиту вокруг Меркурия и разделиться. Научная программа начнется в марте 2026 года и номинально продлится до мая 2027. Если аппараты останутся в рабочем состоянии и на заданных орбитах, в миссии предусмотрено продление научной программы еще на год.

В мае была запущена миссия InSight к другой планете земной группы — Марсу. Она состоит из посадочного аппарата, который будет исследовать внутреннюю структуру планеты с помощью нескольких инструментов, в том числе бура, который создаст пятиметровую скважину в поверхности Марса. О том, как будут работать научные приборы InSight и других подробностях миссии можно прочитать в нашем материале «Заглянуть внутрь Красной планеты».

Григорий Копиев

Источник: nplus1.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.