Тридцать лет первым свиданиям с кометами

6 Мар 2016

6 и 9 марта 2016 года исполняется 30 лет с момента пролета вблизи кометы Галлея советских космических аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» в 1986 г. Приблизившись к ядру кометы на расстояние около 8–9 тысяч км, они провели первые прямые исследования околокометного пространства перед ядром. Впервые с их помощью были получены данные о составе ядра кометы и её взаимодействии с магнитным полем и солнечным ветром.

Межпланетные станции проекта ВЕГА были советскими, но научное оборудование создавалось в широкой международной кооперации, которая включала девять стран. Согласно сценарию миссии, пролёт вблизи кометы был вторым этапом после доставки на Венеру посадочного аппарата и аэростатов, которые впервые в мире дрейфовали в атмосфере другой планеты почти 48 часов.

Данные, которые «Веги» передали на Землю, открыли новую страницу в исследовании комет, а в ходе проекта были впервые реализованы многие технические и программные решения, сегодня ставшие обычными.

Автоматическая планетная станция проекта ВЕГА: общий вид Проект ВЕГА (научный руководитель проекта — академик Роальд Сагдеев, директор Института космических исследований Академии наук СССР) включал два аппарата «Вега-1» и «Вега-2», запущенных с космодрома Байконур 15 и 21 декабря 1984 года соответственно. После первого этапа миссии: доставки посадочных модулей и аэростатов на Венеру 11 и 15 июня 1985 г. — пролётные аппараты, послужив ретрансляторами и совершив гравитационный маневр, отправились на орбиту встречи с кометой.

«Веги» стали, фактически, первыми аппаратами, которые провели прямые измерения вещества кометы в области комы — облака из пыли и газа, окружающего ядро кометы. «Вега-1» прошла на расстоянии 8890 км от поверхности ядра 6 марта 1986 г., «Вега-2» — 8030 км 9 марта 1986 г. До них столь близко к кометам подошёл американский аппарат ICE, но он изучал вещество в хвосте кометы Джакобини-Циннера (пролёт 11 сентября 1985 г. на расстоянии около 700 км от ядра).

В окрестности наибольшего приближения «Веги-2» к ядру удалось получить массовые спектры ионов кометной плазмы. Наиболее неожиданным явилось обнаружение ионов железа, которые не наблюдались по оптическим спектрам. Само ядро оказалось вытянутым, неправильной формы телом с размерами 15,3*7,2*7,2 км. Период вращения — 2,2 дня, причём ось вращения прецессировала с периодом 7,4 дня. В период проведения измерений комета Галлея теряла около 40 тонн воды в секунду (в это время комета уже прошла на максимальном расстоянии от Солнца и удалялась от него). Расчеты показали, что такое может быть только в случае испарения ледяного тела. Действительно, по наблюдениям, ионы группы воды составили 70–80 %, группы угарного газа — 15–20 %, углекислого газа — 2–5 %. Плотность вещества составлять около 0,6 г/см3.

«Веги» позволили экспериментально проверить теорию бесстолкновительных ударных волн, которые возникают в очень разреженной ионизированной среде — космической плазме. Впервые экспериментально было обнаружено торможение солнечного ветра при нагружении ионами, которые возникают при ионизации кометного нейтрального газа. В результате образуется ударная волна на расстоянии около 1 млн км от ядра. А на расстоянии около 160 тысяч км была обнаружена не предсказанная теоретически «кометопауза» — граница, разделяющая области с разной концентрацией кометных ионов: внутри неё их оказалось больше, чем снаружи.

Изображение ядра кометы Галлея Кроме научных, в проекте ВЕГА было достигнуто множество технических и организационных прорывов. Исключительно сложной была баллистическая часть программы, которая совмещала полёт к Венере и комете Галлея. Изначально специалисты остановились на следующем сценарии экспедиции: в декабре стартуют два аппарата с идентичными программами и отправляются к Венере. За двое суток до подлёта к планете (июнь 1985 г.) происходит разделение на спускаемые (с аэростатами) и пролётные аппараты. Первые входят в атмосферу Венеры, а пролетные аппараты совершают гравитационный манёвр в поле тяготения Венеры и направляется на встречу с кометой Галлея. Это позволило не только изучить Венеру, но и значительно сэкономить топливо.

Другая сложность состояла в том, что комета Галлея движется вокруг Солнца в обратном направлении, нежели Земля. Соответственно, со станциями комета должна была встретиться на встречных курсах, и скорость сближения составляла 80 км/с. Если бы за 14 месяцев полёта любой из аппаратов набрал бы какой-то час опоздания, то отклонение от запланированного места его встречи с кометой составило бы порядка 100 тыс км.

Расположение научных приборов также было необычным: приборный комплекс было решено разместить на выносной платформе АСП-Г. Благодаря этому можно было удерживать комету в поле зрения камер и приборов, но не разворачивать саму станцию, которая должна была быть ориентирована на Землю, чтобы передавать информацию в режиме реального времени. Последнее также было необычным, но отказ от запоминающего устройства на борту был продиктован соображениями безопасности: его могли повредить крупные пылевые частицы, вылетавшие из кометы.

Проект ВЕГА также был триумфом международного сотрудничества в космических исследованиях. В 14 научных экспериментах участвовали девять стран: СССР, ФРГ, Франция, Австрия, ГДР, Венгрия, Польша, Чехословакия, Болгария, США. Для координации работ был создан Международный научно-технический комитет во главе с академиком Роальдом Сагдеевым.

ВЕГА стала составной частью большой флотилии космических аппаратов, которые направлялись на встречу с кометой. Кроме советской миссии, в неё входили аппараты «Суисей» и «Сакигаке» (Suisei, Sakigake, Япония, пролёт 8 и 11 марта соответственно) и «Джотто» (Giotto, Европейское космическое агентство, пролёт 14 марта).

«Веги» оперативно передали на Землю информацию, которая позволила резко уменьшить неопределенность положения ядра с 1500 до 40 км. В конечном итоге благодаря этому европейский аппарат «Джотто» смог приблизиться к ядру на расстояние 600 км от ядра. Измерения, выполненные европейской «Джотто», полностью подтвердили основные характеристики ядра кометы по данным «Вег». Это часть миссии получила название «Проект «Лоцман» (VEGA Pathfinder) и показала новые возможности для сотрудничества: речь шла уже о новом качестве эксперимента.

Другие технологические достижения проекта включали, например, тот факт, что впервые в истории космических исследований аппараты были оснащены ТВ-камерами с ПЗС-матрицами, без которых теперь не обходится ни одна цифровая фотокамера. Кроме этого, в ходе проекта активно использовалась первая отечественная рабочая модель устройства обработки изображений — Самостоятельный Видеоинформационный Интерактивный Терминал (СВИТ), созданная в 1983 г. в ИКИ в кооперации с Кировским политехническим институтом. Фактически, речь шла об обработке в режиме реального времени видеоданных, которые передавали станции. Впервые в мире была осуществлена схема прямого видеопотока к цветному дисплею из оперативной видеопамяти через специальный процессор обработки видеоданных, позволявший выполнить «на лету» вычисления для отображения информации (в современных персональных устройствах этим занимаются видеокарты). Система СВИТ стала первым относительно массовым инструментом цифровой обработки изображений, полученных из космоса.

Переоценить значение проекта ВЕГА и для науки, и для технологий невозможно. На данный момент выполнено уже шесть подобных миссий: космические аппараты исследовали ядра комет Борелли, Темпеля 1, Вилдта 2, Хартли 2. В 2014 году космический аппарат «Розетта» (ЕКА) впервые вышел на орбиту вокруг кометы Чурюмова-Герасименко, а 12 ноября 2014 года произошла первая в истории мягкая посадка спускаемого аппарата «Филы» на поверхность кометы.

- А.Ю.

Дополнительная информация: 

Страница проекта ВЕГА на сайте НПО им. С.А. Лавочкина