Рано утром 20 октября с космодрома Куру в Гвиане (департамент Франции в Южной Америке) состоялся запуск космического корабля в рамках миссии по изучению Меркурия BepiColombo. Исследовательская станция состоит из перелётного модуля Mercury Transfer Module (MTM), пристыкованного к двум научным аппаратам: европейскому Mercury Planetary Orbiter (MPO) и японскому Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Планируется, что ближайшей к Солнцу планеты он достигнет через семь лет.
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.