Меркурия

Совсем недавно Европа и Япония запустили совместный космический корабль, который будет путешествовать более семи лет в направлении одной из наименее изученных планет нашей Солнечной системы – Меркурия. Этот запуск – первая совместная миссия для двух регионов за долгое время. Целью миссии ставят поиск ответов на некоторые томительные вопросы о планете, которые были подняты последним отправленным туда зондом – аппаратом НАСА Messenger.

Названая BepiColombo, миссия состоит из сдвоенных космических аппаратов. Европейское космическое агентство (ЕКА) построило собственный аппарат под названием «Меркурианский орбитальный корабль» или MOК, который предназначен для изучения планеты с орбиты при помощи набора из 11 приборов. Вкладом Японского агентства аэрокосмических исследований (ЯААИ) также является орбитальный аппарат, который будет постоянно вращаться по мере облета вокруг Меркурия. Два космических корабля вместе отправятся к планете, а затем разъединятся, причем каждый аппарат выйдет на орбиту планеты отдельно.

Меркурия

Пара будет поддерживать две орбиты сразу, помогая ученым получить более четкую картину Меркурия. Планетарным исследователям интересно узнать больше о том, как эта крошечная планета сформировалась и развивалась в течение 4,5 миллиарда лет существования Солнечной системы, чему изучение ядра и внешнего вида Меркурия должно помочь. Плюс к этому Меркурий демонстрирует странное поведение, о котором ученые хотят узнать больше. С одной стороны, планета, кажется, сокращается, поскольку ее ядро ​​охлаждается, с другой она намного темнее, чем ожидалось, и ученые хотят знать чем это вызвано. Кроме этого у планеты есть другие странные черты, которые просто не имеют смысла, учитывая позицию Меркурия в Солнечной системе. Расшифровка всех этих тайн могла бы приблизить ученых к пониманию того, как появился Меркурий.

«Это даст нам гораздо больше информации о формировании Солнечной системы, и особенно того, что происходит с самыми интересными планетами – земного типа. Это исследование поможет не только лучше понять, что случилось с нашей системой, но и поможет экстраполировать это на внесолнечные системы», – рассказывает Мауро Казале (Mauro Casale), менеджер по развитию BepiColombo в ЕКА.

Таинственная планета

Из самых сокровенных скалистых планет в нашей Солнечной системе Меркурий является наименее посещаемым. Только два зонда когда-то посетили планету. Первым был Mariner 10 – космический корабль, предназначенный для изучения Венеры и Меркурия. Он пролетел рядом с Меркурием три раза в 1974 и 1975 годах. Затем, в 2004 году, НАСА запустили аппарат Messenger, который успешно достиг орбиты Меркурия в 2011 году. Зонд провел четыре года, кружась вокруг планеты до момента, когда НАСА намеренно разбили аппарат о поверхность Меркурия.

За время пребывания Messenger возле планеты НАСА получили много информации. Космическое агентство с удивлением обнаружило, что в этом мире, где температура может превышать 427 градусов Цельсия, в кратерах планеты есть что-то, похожее на лед. Но Messenger также добавил несколько вопросов. Например, космический корабль обнаружил странные и уникальные для Меркурия поверхностные выемки, известные как «пустоты», но формирующий их процесс неясен. Messenger также обнаружил, что центр магнитного поля Меркурия немного смещен в сторону севера – еще одна необъяснимая особенность. Также на планете есть странная концентрация газов в атмосфере, не имеющая смысла.

Меркурия

«Для планеты, столь близкой к Солнцу, это не оправдано. Это было бы справедливо для планеты, которая появилась на сопоставимом с Марсом расстоянии от Солнца, а затем позже приблизилась к звезде», – поясняет Казале. 

Теперь ЕКА и ЯААИ продолжат исследования, начатые НАСА.

«Messenger проделал отличную работу, открыл много вещей, но большинство из этих вещей еще не объяснено полностью. Таким образом, работа BepiColombo будет идти немного дальше с тем, что Messenger удалось сделать», – говорит Казале.

Скомбинировав два орбитальных устройства, BepiColombo получат больше инструментов, чем у старых космических аппаратов НАСА и будут оснащены более современными технологиями. Кроме того, ЕКА и ЯААИ прошли долгий путь и готовы гарантировать работоспособность их космических аппаратов в температурном режиме планеты. Поскольку она настолько близка к Солнцу, планета испытывает значительные колебания температуры – от почти 500 градусов до -177 градусов по Цельсию. Солнечное излучение в этой области примерно в 10 раз мощнее того, которое достигает Земли, и защиты от солнечного ветра – потоков заряженных частиц Солнца нет практически никакой.

Меркурия

На Земле толстая атмосфера и магнитное поле защищают планету от большей части его губительного воздействия. Однако атмосфера Меркурия невероятно тонкая и ее магнитное поле слабое, поэтому заряженные частицы постоянно бомбардируют поверхность Меркурия на сверхвысоких скоростях.

Это суровая среда, которая может сжечь плохо подготовленный космический корабль. Вот почему наиболее важные части BepiColombo – его солнечные панели, антенны и датчики покрыты специальным защитным покрытием, предназначенным для охлаждения аппарата. Кроме того, солнечные панели BepiColombo не направлены на звезду, иначе они бы перегрелись. Панели по факту должны будут вращаться в направлении от Солнца. Однако они имеют большую площадь поверхности, поэтому все еще смогут получать достаточное количество света для управления космическим аппаратом.

Меркурия

Фактически, разработка стратегии заняла большую часть миссии BepiColombo. Аппарат от ЯААИ предназначен для вращения перпендикулярно Меркурию, поэтому верх и низ космического корабля никогда не будут обращены прямо к чрезвычайно горячей поверхности планеты. Кроме того, вращение поможет выровнять температуры на космическом корабле во время нахождения на орбите. С другой стороны, корабль ЕКА направит свои приборы на поверхность Меркурия, но для защиты он оснащен специальным инструментом – самым большим радиатором, который смог бы поместиться на аппарате. Радиатор предназначен для отражения тепла, так что орбитальный аппарат сможет захватывать ценные данные без вреда для себя во время полета над горячей поверхностью Меркурия. Кроме этого, орбитальный аппарат ЕКА будет гораздо ближе к планете, чем Messenger.

Непростые расчеты

Но прежде, чем все это сможет произойти, аппараты должны попасть на орбиту Меркурия, что весьма сложно. Большой проблемой на пути изучения планеты было то, что попасть на ее орбиту очень сложно. Из-за близкого расположения Меркурия к Солнцу космические аппараты, направляющиеся в эту область, притягиваются к Солнцу силой тяжести звезды и постоянно ускоряются. Транспортные средства должны равномерно «тормозить» это притяжение, чтобы замедлиться достаточно для попадания на орбиту Меркурия.

Меркурия

Для этой цели BepiColombo оснащен ионными двигателями, которые двигают космический корабль путем ускорения ионов электричеством. Эти двигатели помогут замедлить BepiColombo после того, как он покинет Землю. Но одних ионных двигателей недостаточно. Миссия также будет использовать ближайшие планеты. В течение следующих семи лет космический корабль планирует сделать девять пролетов с использованием гравитации планет, чтобы настроить траекторию и замедлиться достаточно для выхода на орбиту каменистой планеты. Сначала BepiColombo выполнит пролет около Земли, затем два возле Венеры, а затем шесть около Меркурия. Все это должно привести к тому, что космический корабль при правильных расчетах выйдет на орбиту планеты в конце 2025 года.

Именно тогда придет время двум космическим кораблям отделиться друг от друга и занять свои орбиты. До этого момента два орбитальных аппарата будут вместе перемещаться с помощью транспортного модуля. Но рядом с планетой он будет отсоединен, и два орбитальных устройства будут захвачены орбитой Меркурия и разделятся. Как только это произойдет, ЯААИ возьмет под свой контроль свой космический корабль, а ЕКА – свой. Планируемый срок пребывания аппаратов на орбите Меркурия составляет год, хотя агентства могут продлить свои миссии еще на какое-то время.