Аппарат «Новые горизонты» начал передавать на Землю долгожданные снимки, сделанные ими во время вчерашнего пролета системы Плутона. И одной из основных звезд на обнародованной сегодня фотосессии стал его спутник Харон, который уже удивил всех малым количеством кратеров на поверхности.

Данный снимок был сделан с расстояния 466 000 километров

В правом углу можно увидеть гигантский каньон глубиной от 7 до 9 километров, также по всему спутнику протянулись горные гряды и разломы, свидетельствующие об идущих внутри тела геологических процессах. Также можно обратить внимание на на хорошо заметную темную область на полюсе Харона. Судя по пресс-конференции, она пока что называется Мордор. А "сердце" Плутона предварительно названо в честь Клада Томбо (если кому-то интересно, откуда на Хароне появился Мордор - это одно из названий предложенных в рамках недавнего конкурса по отбору названий для деталей рельефа которые будут обнаружены на Плутоне и Хароне).

А вот крупный план одного из участков поверхности Плутона. Запечатленные на нем горы имеют высоту около 3.5 километров. Также можно обратить внимание что на этом снимке нет ни одного ударного кратера, что свидетельствует о геологической молодости поверхности Плутона. По первым оценкам возраст этих гор не превышает 100 миллионов лет; скорее всего они сложены из водяного льда. К настоящему моменту это один из самых молодых известых участков поверхности в Солнечной системе.

Пока что Плутон и Харон напоминают мне некую смесь спутников Европы, Энцелада и Ио.

Это изображение получено с помощью спектрометра «Новых горизонтов» и показывает распределение метанового льдана поверхности Плутона.

И наконец, пускай и не самый детальный, но все же лучший из полученных к настоящему времени снимков спутника Гидра, чьи размеры как оказалось составляют 43 на 33 километра.  Изображение было сделано с расстояния примерно 640 000 километров. Позже появятся более качественные снимки Гидры и остальных спутников Плутона.

Итак, вчера утром «Новые горизонты» позвонили домой и сообщили об успешном осуществлении исторического пролета  Плутона. Конечно, после данного события аппарат еще некоторое время будут следить за его системой, однако с каждым днем он будет отдаляться от цели на миллионы километров, и достаточно скоро уже уйдет от нее на такое расстояние, что не сможет собрать новой существенной информации. Так что же будет с «Новыми горизонтами» дальше?

Ну, для начала  аппарат ждет длительный период передачи собранных во время пролета данных на Землю. Ретрансляция основной информации начнется в сентябре 2015 и затянется почти до конца 2016 года, что неудивительно,  учитывая то, что скорость передачи данных будет меньше 1 кбит/с. Тем не менее к октябрю 2016 года абсолютно все собранные аппаратом данные будут переданы на Землю, так что возникает вопрос о том, что он будет делать после этого.

Ресурсы миссии ограничены двумя факторами. Первый - это запас гидразина (77 килограмм на момент старта), который позволяет корректировать траекторию аппарата в диапазоне примерно 1 градус. Если кому-то интересно почему «Новые горизонты» не остались на орбите Плутона - так это потому, что ни 77 ни даже 777 килограммов гидразина не хватило бы, чтобы погасить скорость 14 километров в секунду, с которой зонд промчался через систему Плутона. Если верить расчетам в данной статье, то для того чтобы затормозить и выйти на орбиту Плутона аппарату нужно было бы иметь запас в 232 тонны (!) гидразина. Думаю не надо объяснять насколько это превосходит возможности современной техники.

Вторым критически важным ресурсом миссии является энергия. Ее  вырабатывает радиоизотопный термоэлектрический генератор (ритэг). Риттэг «Новых горизонтов» содержит около 11 килограммов Плутоний-238, при распаде которого выделяется тепло которое затем преобразуется в электроэнергию.  На момент старта миссии в 2006 году  ритэг «Новых горизонтов» генерировал порядка 250 Вт; после почти десяти лет полета эта цифра снизилась примерно до 200 Вт. К сожалению, энергоустановка «Новых горизонтов» заметно слабее, тех что используются на «Вояджерах» и «Кассини». Если говорить уж совсем точно, то ритэг «Новых горизонтов» это запаска, оставшаяся от миссии «Кассини» (всего на его борту  исследующего Сатурн аппарата находится три таких генератора, так что можете оценить разницу). Предполагается, что энергии «Новым горизонтам»  хватит примерно до 2026, максимум 2030 года, после чего из-за полураспада Плутоний-238 и постепенной деградации термопары генерируемая ритэг мощность упадет настолько, что аппарат не сможет больше поддерживать связь с Землей.

Исходя из этих ограничений, аппарат невозможно направить к какому-то крупному телу в поясе Койпера – Эрида, Макемаке и Хаумея находятся слишком далеко от того сектора, который доступен «Новым горизонтам». Однако как известно, пояс Койпера состоит не только из карликовых планет - в нем есть большое количество мелких объекты, которые также были бы весьма интересны для изучения. Во время подготовки миссии, конструкторы исходили из того, что даже с учетом всех ограничений по топливу и энергии, после пролета Плутона статистически  должен найтись хотя бы один подходящий объект, который будет находиться на пути «Новых горизонтов» на расстоянии не более 55 а.е. от Солнца (если он будет находиться дальше, то скорость передачи данных с такой дистанции будет слишком мала, чтобы успеть ретранслировать информацию на Землю до того, как у аппарата сядет плутониевая батарейка).

Однако до поры до времени астрономам не удавалось найти подходящих целей. Лишь с помощью телескопа «Хаббл» летом прошлого года наконец удалось обнаружить пять потенциальных кандидатов для визита, из которых к настоящему  время осталось два объекта, известных как 2014 PN70 (бывший PT3) и 2014MU69 (бывший PT1). 

2014 PN70 имеет диаметр от 35 до 120 километров. Согласно предварительным расчетам для того, чтобы достичь его, аппарату потребуется использовать около 75% остающегося у него гидразина. В этом случае, визит к 2014 PN70  состоится в июне 2019 года, когда 2014 PN70 будет находиться на расстоянии 44 а.е. от Солнца.

2014 MU69 имеет диаметр от 30 до 90 километров. Согласно предварительным расчетам для того, чтобы достичь его аппарату потребуется использовать около 35% остающегося у него гидразина. Если будет принято решение лететь к нему, то «Новые горизонты» достигнут 2014 MU69 в январе 2019 года, когда объект будет находиться на расстоянии 43.4 а.е. от Солнца.

К сожалению, у аппарата не будет возможности посетить оба объекта, так что руководителям миссии придется выбирать к какому из них лететь. С научной точки зрения, 2014 PN70  выглядит более перспективно, ибо он больше 2014 MU69   (к сожалению их точные размеры сейчас невозможно определить ввиду их слишком малых размеров и большой удаленности от Солнца) и следовательно интереснее. Однако если лететь к нему, «Новые горизонты» потратят почти все оставшееся горючее и этот объект практически стопроцентно станет последним изученным ими.

2014 MU69   меньше, однако его достижение потребует всего треть имеющегося топлива, что оставляет теоретическую возможность после пролета отправить аппарат еще к одному объекту пояса Койпера. Однако вероятность этого не слишком велика. Во-первых, найти следующую цель для «Новых горизонтов»   может лишь «Хаббл», однако это потребует от него больших  затрат времени. Поскольку миссий обслуживания к «Хабблу» больше не будет и рано или поздно он выйдет из строя, время его наблюдений становится все более и более ценным ресурсом, который не так то и просто получить. Во-вторых,  у «Новых горизонтов» будет еще меньше топлива, а цель должна будет находиться на относительно небольшом расстоянии, чтобы успеть к ней до того, как ритэг аппарата перестанет вырабатывать необходимое количество энергии.

Итоговое решение о том, куда именно полетят «Новые горизонты» будет принято в августе, а сам маневр коррекции курса состоится  в ноябре 2015 года. Конечно стоит упомянуть, что миссии также необходимо будет получить финансирование на свое продление, но думаю с этим проблем не будет: не для того они засылали аппарат в такую даль и потратили столько орбит  «Хаббла» на поиск новых целей, чтобы в последний момент все остановить. Так что достаточно скоро мы должны узнать какой же из двух объектов пояса Койпера будет выбран для дальнейшего изучения.

Камера, которая фотографирует Плутон

В течение многих десятилетий с момента открытия в 1930 году ученые не могли рассмотреть Плутон. Без качественных снимков они не могли ответить на основные вопросы по поводу его поверхности и атмосферы. Но во вторник New Horizons пролетел мимо Плутона и сделал массу снимков, которые долгое время будут заполнять учебники и музеи и приблизят исследователей к пониманию зарождения жизни в нашей Вселенной.

Важную роль в успехе экспедиции играют инструменты, которыми оснащена космическая станция New Horizons. Какие сложности преодолели разработчики камеры Ralph, чтобы она могла спустя десять лет после запуска в космос порадовать нас отличными снимками? 

Камера Ralph

Камера Ralph похожа на обычную зеркальную камеру с диаметром диафрагмы 75 мм и светосилой f/8.7. Но сделать её гораздо сложнее, потому что путешествие должно было занять девять с половиной лет минимум. Система должна справляться с влиянием космической среды — излучения, колебания температур — в течение этого срока. 

Понижение температуры заставляет материалы сжиматься, при этом разные материалы сжимаются с разной скоростью. Разработчики приняли решение сделать Ralph из одного материала — алюминия, чтобы объем деталей менялся одновременно, сохраняя фокусное расстояние. Даже зеркала сделаны из алюминия, обработанного алмазом. 

Только объектив выполнен из стекла. 

Схема Ralph

Другая сложность состояла в недостатке света. Ralph должен был делать снимки, используя только солнечный свет, достигающий Плутона. Вспышки на New Horizons не предусмотрено. Во время полёта New Horizons фотографировала сторону Плутона, направленную от Солнца — свет был отражен от Харона. «Это как делать фото, используя свет от четверти Луны на Земле», — комментирует старший инженер, ответственный за оптику в миссии.

Камеру разработали специально для таких условий освещенности, её нельзя перенастроить. Нельзя изменить размер диафрагмы. Устройство должно было получить минимальное количество фотонов и превратить их в изображение. Поэтому Ralph чрезвычайно восприимчив к яркому свету. Свет, отражённый от Луны или Земли, мог уничтожить Ralph, что заставило исследователей держать апертуру закрытой почти два года. 

Спустя 20 месяцев после запуска, в 2007 году, New Horizons сфотографировал Юпитер и его луну.

НАСА было нужно как можно больше топлива на борту New Horizons, поэтому все инструменты должны были обладать как можно меньшей массой. Разработчики сообщили агентству, какая масса будет у инструмента, но НАСА попросило сделать его еще легче, чтобы продлить путешествие.

В итоге Ralph весил 10,4 килограмма — ниже требований, озвученных агентством. При этом инструмент потребляет 7 ватт электрической энергии, как обычный ночник. 

Времени на разработку было не очень много: команда надеялась спроектировать, построить и протестировать Ralph за 36 месяцев, но завершила работу через 22 месяца. После этого девять с половиной лет камера летела к Плутону. И достигла цели, находясь близко к нему в течении нескольких часов.

Подготовка New Horizons к путешествию, НАСА, Космический центр Кеннеди, 2006 год. Кликабельно

Схема размещения инструментов на New Horizons