«Место летчика-аса»: Михаэль Штауб, инженер группы управления полетом «Кассини», работает на терминале «летчика-аса» в Центре управления полетами (Space Flight Operations Facility, SFOF) лаборатории реактивного движения: как он говорит, это то же самое, что и «находиться в кабине» самой межпланетной станции. SFOF служил центром слежения и управления для всех ближних и дальних межпланетных беспилотных полетов NASA и других международных комических агентств, начиная с 1964 года, и заслужил звание Национального памятника культуры США. Зал управления, который также называют «темной комнатой», заполнен огромными дисплеями, где отображается состояние передачи и приема в обмене данными с далекими космическими аппаратами. Также в ней есть многочисленные индивидуальные терминалы, привязанные к конкретным программам. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения/ Билл Инголлс
– Это было блистательно, – говорит Эрл Мейзи. – Я никогда не забуду тот день. У нас получилось все, и наша работа стала великолепным примером международного сотрудничества. Сам факт того, что девятнадцать стран смогли договориться об общей координации и состоялся старт, уже поражает, но это мелочи по сравнению с той всемирной мобилизацией, которая потребовалась, чтобы спасти программу «Гюйгенса». С инженерной точки зрения это может быть на голову выше всего остального, что мы делали в нашем проекте.
Научная и фотодокументальная программа
Связке аппаратов «Кассини – Гюйгенс» потребовалось почти семь лет, чтобы достичь Сатурна, и с момента ее появления там программа полета должна была продлиться всего лишь четыре года. Но вместо этого к 2017 году, когда она действительно закончится, «Кассини» проведет на орбите окольцованного мира более тринадцати лет, сделав вокруг него более 300 оборотов. Он станет свидетелем бессчетных захватывающих чудес и передаст на Землю невиданной красоты снимки и результаты точных измерений.
– Эпопея «Кассини», скорее всего, будет потом вспоминаться благодаря общей ее продолжительности и исполинскому объему научных открытий, совершенных с помощью станции, – говорит Мейзи. – Это был абсолютно необходимый космический аппарат в нужное время и в нужном месте, чтобы не упустить огромное количество явлений на Сатурне и в его окрестностях.
И Мейзи, и Спилкер утверждают, что работа станции «Кассини» продолжается так долго благодаря всем тем, кто конструировал и строил ее, а также усилиям всех специалистов, которые заботятся о ней. Этот стойкий аппарат испытал очень мало сбоев за весь период своего полета, и, как говорит Мейзи, вдобавок к тому, что «Кассини» отлично умеет диагностировать собственные неисправности, его талантливая инженерная команда прекрасно знает свое дело.
«Кассини» совершает научные открытия одно за другим, и, в частности, поэтому срок окончания проекта все сдвигается.
– Здесь, куда бы вы ни повернулись, вы можете увидеть что-то новое и удивительное, и это поддерживает постоянное воодушевление в команде, – говорит Спилкер.
Около 260 ученых из 17 стран работали над этим проектом, а Спилкер и Мейзи представляют ту часть команды, которая с «Кассини» от начала и до конца. Но все эти годы в проект шел постоянный приток молодых научных и инженерных умов, которые «отбывают свой срок воинской службы у нас, а затем отправляются завоевывать мир куда-нибудь еще», говорит Мэйзи.
– То, что нашу школу прошло целое поколение космических инженеров и ученых, заставляет меня чувствовать гордость и помогает нам не потерять целеустремленность и энергию.
Мало какие виды в Солнечной системе так невыразимо прекрасны, как Сатурн и его кольца. В 2005 году, когда был сделан этот снимок, угол падающих на кольца солнечных лучей создавал для «Кассини», находившегося в определенной точке наблюдения, систему кольцевых теней, отброшенных на северное полушарие планеты. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения / Научный институт космических исследований
График работы «Кассини» всегда плотно забит: каждую неделю случаются встречи с той или иной луной, а в промежутках выполняются маневры.
– Мы никогда не сидим без дела, – говорит Спилкер.
Лунное «яблочко»: похоже, Энцелад и Тефия решили вместе сыграть в огромную космическую мишень и почти идеально выровнялись перед камерой «Кассини», паря над плоскостью сатурнианских колец. Размер «яблочка»-Энцелада составляет 500 км, а Тефии – 1062 км. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения / Научный институт космических исследований
Благодаря длительному полету межпланетной станции удалось пронаблюдать, как на Сатурне меняются времена года. «Кассини» провел на его орбите чуть менее полугода, почти два полных климатических сезона. Это позволило с его помощью проследить изменения в различных объектах – в частности, в кольцах – под воздействием разных углов падения солнечного света и температур.
Открытки с Сатурна
Удивительные изображения, которые присылает «Кассини», помогают нам как бы отправиться в совместное с аппаратом путешествие и представить, что это мы сами находимся там и наблюдаем неправдоподобной красоты виды колец, лун, гейзеров и других чудес. И, хотя Сатурн и его окрестности, может быть, и одни из самых фотогеничных пейзажей в Солнечной системе, надо отдать должное и камерам аппарата, и сотрудникам группы обработки изображений.
Набор камер для фотосъемки называется научной подсистемой построения изображений[57] и состоит из узкоугольной камеры для съемки отдельных объектов в высоком разрешении и широкоугольной камеры для захвата большего поля обзора при низком разрешении.
Руководитель группы подсистемы построения изображений Кэролайн Порко говорит, что их камеры – это «чудодейственные приборы, потому что они превращают быстропротекающие и ко всему безразличные флюктуации электрических и магнитных полей в могучие эмоции».
Но на некоторых снимках кольца и луны словно бы позируют специально: так что же это за снимки? Просто результат удачных совпадений или заранее хорошо спланированные наблюдения?
– Некоторые из них действительно получились сами собой, а съемки проводились для решения других научных задач, – говорит Роберт Уэст, представитель группы обработки изображений «Кассини» при лаборатории реактивного движения. – Но по большей части, как и научные наблюдения, все снимки в нужных ракурсах планируются заранее.
В основном автор этих фотографий со множеством лун, Сатурном и кольцами – Майк Эванс из Корнелльского университета, который работает совместно с Карлом Мюррэем (Лондон) из нашей группы, – объясняет Уэст. – Некоторые снимки заблаговременно спланировала Кэролайн Порко, желая создать наибольший эффект потрясения.
Откуда же команда заранее знает, что у них будет возможность сделать тот или иной снимок?
– Раз в два месяца мы посылаем на «Кассини» тысячи команд, и планирование, куда именно следует повернуть камеру, начинается примерно за полгода до самой фотосъемки, – говорит Уэст. – Чтобы это можно было сделать, нам надо предусмотреть, где в точности будет находиться наш космический аппарат и где будут находиться сами луны Сатурна. Все это задачи небесной механики, а заключаются они в проведении очень точных измерений с Земли, ранее запущенных аппаратов и с самого «Кассини». Для вычислений используются уравнения законов механики Ньютона, модифицированные с учетом эффектов теории относительности Эйнштейна.
С этими точными вычислениями и прекрасными компьютерными программами группа управления полетом не только может руководить Кассини, но еще и знать заранее, где будет находиться станция и спутники Сатурна с точностью до десяти километров, иногда на несколько лет вперед. Такие расчеты нужны, чтобы получать великолепные фотографии и захватывающие научные результаты. Уэст говорит, что предельно точное определение параметров движения спутников по орбитам также дает информацию о других процессах, например о внутреннем разогреве на Энцеладе.
Кроме того, чем больше «Кассини» проводит времени в окрестностях Сатурна, тем объемнее становятся эти данные.
– Накопив сотни таких фотоснимков, мы можем поместить всю эту информацию в компьютерную обработку и очень точно рассчитать орбиты всех лун, – говорит он.
А это дает возможность делать еще более прекрасные снимки. Посмотрим лишь на несколько открытий и изумительные фотографии, сделанные в ходе полета «Кассини».
«Гюйгенс» на поверхности Титана
– Как сказал один из наших ученых, первым в чем-то вы можете быть лишь однажды, – саркастически усмехается Эрл Мейзи, – и это чудесно, что мне удалось поучаствовать в первой посадке на Титан.
Поверхность Титана: на цветном снимке мы видим область, окружающую точку посадки зонда «Гюйгенс» на Титане. Два похожих на камни предмета ниже середины снимка размером около 15 см (левый) и 4 см (средний) находятся на расстоянии около 85 см от камеры «Гюйгенса». Вероятно, поверхность состоит из смеси водородосодержащих льдов, и на ней есть признаки действия флювиальных (происходящих из-за течения жидкости) процессов. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения / Европейское космическое агентство / Университет штата Аризона
После удачного возвращения к возможности выполнить задание и исторической посадки на Титан «Гюйгенс» обнаружил, что выглядит эта луна удивительно похоже на Землю, но там действует совсем другая химия. По мере снижения «Гюйгенс» делал четкие снимки поверхности Титана, начиная с высоты 40 км, и демонстрировал живописные картины гор с яркими вершинами, окруженных темными равнинами и каньонами. Кроме того, были явно заметны признаки эрозии рельефа из-за течения жидкости или погодных явлений, похожих на дождь. Но Титан холоден – на нем около –180 °C, так что дождь этот – не из воды, а из жидкого метана. Измерения состава атмосферы подтвердили наличие сложного «супа» из органических веществ, с большой долей метана и различных аэрозолей. Это подкрепляет идею, что Титан может напоминать Землю в самый ранний период ее существования.