Американский аппарат "Кассини", запущенный в октябре 1997г., предназначен для изучения Сатурна и его спутника Титана. Cтанция прошла мимо и Юпитера, прибыв к Сатурну 30 июня 2004г. и став первым искусственным спутником этой планеты.
"Кассини" несет на борту европейский зонд "Гюйгенс", который в январе 2005г. впервые должен опуститься на Титан - единственный в Солнечной системе спутник с плотной атмосферой. За время своей миссии "Кассини" совершит не менее 76 оборотов вокруг планеты-гиганта и 45 сближений с Титаном.
Разработка и сборка "Кассини" была осуществлена в Лаборатории реактивного движения НАСА (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Зонд "Гюйгенс" создан Европейским космическим агентством. Весь проект обошелся более чем в 3,4 млрд. долл., 75% этой суммы выделили США. Следует заметить, что в настоящее время только НАСА делает радиоизотопные электрические генераторы, являясь тем самым монополистом в производстве аппаратов, предназначенных для изучения дальних планет. На орбите Сатурна "Кассини" должен провести не менее 4 лет, сделав 76 витков вокруг планеты, включая 45 сближений с Титаном, 3 - с Энцеладом и по одному с Фебой, Гиперионом, Дионой и Реей.
Не исключено, что миссия будет продлена и на больший срок. Ранее мимо Сатурна пролетали "Пионер-11" и "Вояджеры". В миссию "Кассини" входит изучение: атмосферы Сатурна, включая ее динамику, структуру, облака, ветры, молнии, температуру и химический состав; ионосферы и магнитного поля планеты; колец Сатурна, включая составление карты химического состава и размера частиц колец; взаимодействия колец со спутниками, ионосферой и магнитным полем Сатурна; химического состава и структуры атмосферы Титана; поверхности Титана, включая ее физическое состояние (жидкая/твердая), химический состав, рельеф и геологию; других спутников Сатурна. В частности, планируется получение снимков поверхности Титана с борта "Гюйгенса", а также составление карты Титана с помощью радара "Кассини". Траектория полета "Кассини" была рассчитана с целью минимизации затрат топлива. В результате аппарат два раза прошел мимо Венеры (в 1998г. и 1999г.), один раз мимо Земли, а также мимо Юпитера. Таким образом, в миссию станции вошли задачи по изучению Венеры и Юпитера (включая совместные эксперименты с "Галилео").
Вес "Кассини" при старте составил 5710 кг, включая 320-килограммовый "Гюйгенс", 336 кг научных приборов и 3130 кг топлива. Размеры станции составляют 6,7 м в высоту и 4 м в ширину. Магнитометр смонтирован на 11-метровой мачте, имеются также три 10-метровые выносные конструкции, выполняющие роль антенн для регистрации волн в плазме. Аппарат содержит 14 км проводов и кабелей. Орбитальный модуль "Кассини" несет 12 научных приборов, "Гюйгенс" - еще 6, что позволяет проводить 27 различных научных экспериментов. Аппарат содержит внушительную компьютерную начинку.
Фактически каждый научный инструмент снабжен собственным микрокомпьютером, а все инженерные системы - двумя (с целью повышения надежности). Основной компьютер производства фирмы IBM имеет память в два "мегаслова" (megaword). Компьтер спроектирован для применения в авиации и ранее доказал свою высокую надежность в экстремальных условиях эксплуатации. Компьютерная система имеет многоступенчатую систему защиты от ошибок и сбоев. Хранение научной и служебной информации осуществляется специальным устройством, не имеющим движущихся частией (на предшествующих аппаратах использовалась магнитная лента). Выработка электроэнергии осуществляется тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами. "Кассини" несет на борту свыше 30 кг плутония-238, который распадаясь выделяет тепло, преобразуемое в электричество.
На аппарате установлены два основных реактивных двигателя мощностью по 445 ньютонов (двигатель продублирован на случай поломки). "Кассини" также оборудован 16-ю двигателями малой тяги, используемыми для стабилизации аппарата, а также при малых орбитальных маневрах.
"Кассини" стабилизирован в трех плоскостях за счет работы двигателей, а также специальных дисковых устройств (точно направленная стабилизация аппарата достигается за счет поворота дисков, осуществляемых электромоторами) и гироскопов. Навигация осуществляется по звездам, в компьютер заложены координаты 5000 звезд.
Аппарат оборудован одной основной и двумя маломощными антеннами. Основная антенна используется для связи с Землей на частоте 8,4 Ггц, для приема данных от "Гюйгенса", а также как радар. Антенна также используется при проведении экспериментов по прохождению радиосигнала (в разных диапазонах) через атмосферы Сатурна и Титана и кольца , что позволяет определить давление в атмосферах, размер частиц колец и др. параметры. До отлета "Кассини" на значительное расстояние от Солнца 4-метровая тарелка основной антенны использовалась для защиты аппарата от солнечного излучения. Поскольку при этом антенна не была направлена на Землю, для связи использовались две маломощные антенны (в принципе для связи с Землей достаточно одной маломощной антенны).
"Кассини" оборудован двумя камерами: для обзорных снимков и для снимков небольших областей с высоким разрешением. Камеры работают не только в видимом диапазоне, но захватывают также часть инфракрасного и ультрафиолетового спектра. Электронная система камер позволяет сжимать снимки "на лету". Разрешение камеры позволяет увидеть монету диаметром 1,5 см с расстояния 4 км. Планируется получить сотни тысяч снимков.
Установленный на "Кассини" инфракрасный спектрометр предназначен для определения температуры и состава атмосферы или поверхности объекта. В частности, прибор позволяет определить распределение температуры и давления в глубину атмосферы, состав газов, а также структуру облаков и паров. Прибор работает в ближней и средней области инфракрасного излучения, его чувствительность в 10 раз превышает соответствующий показатель "Вояджеров". Еще один инфракрасный спектрометр, работающий в видимой и инфракрасной частях спектра, выполняет те же задачи, позволяя увеличить количество данных. Кроме того, дополнительный спектрометр предназначен для выявления сложных органических ("пребиотических") веществ. Ультрафиолетовый спектрометр позволяет получать детальные изображения в ультрафиолете, что поможет в определении структуры атмосфер, температуры, структуры аэрозолей в атмосферах. Радар "Кассини" (использующий основную антенну) позволит картировать поверхность Титана, а также регистрировать радиоизлучение в широком диапазоне частот (включая частоты, недоступные с Земли).
Помимо этого на станции установлен прибор по регистрации радиоволн, а также волн в плазме. "Кассини" несет приборы для изучения магнитных полей, магнитосферы, регистрации заряженных частиц, регистрации пылевых частиц.
Спускаемый аппарат "Гюйгенс" (Huygens) имеет диаметр 2,7 м. Он состоит из двух частей: защитный модуль и спускаемый модуль. Защитный модуль содержит оборудование по контролю за аппаратом после отделения от "Кассини", а также мощный защитный слой, препятствующий гибели аппарата в результате разогрева при входе в атмосферу. При снижении будут использоваться три парашута.
В спускаемом модуле находятся научные приборы, включая: анализатор структуры и физических характеристик атмосферы (этот же прибор будет записывать "звуки Титана" после посадки), спектральный радиометр (способный работать как фотокамера и делать снимки, а также регистрировать распределение температур в атмосфере и на поверхности), газ-хроматограф и масс-спектрометр для анализа химического состава атмосферы, анализатор структуры и химического состава облачных частиц и взвеси, анализатор физических характеристик поверхности. Предусматривается, что "Гюйгенс" сядет на твердую или жидкую поверхность Титана в январе 2005г. и проработает несколько десятков минут (малое время работы обусловлено разрядкой батарей в условиях крайне низких температур, а также агрссивностью среды).
→В разработке аппарата принимало участие множество учёных из NASA и ESA. Он создавался для того, что бы подробнее изучить Сатурн и его спутники.
Кассини является самым сложным, крупным и дорогим из американских автоматических межпланетных кораблей (бюджет проекта более 3 млрд $). Вес его составил 6 тонн, а высота более 10 метров. На его борту было установлено 12 научных приборов и выдвигающаяся штанга для магнитометра. Связь с Землёй обеспечивает 4 метровая итальянская антенна. У аппарата нет солнечных батарей, т.к. на таком огромном удалении от Солнца они малоэффективны. Энергией Кассини обеспечивают 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора, содержащих в общей сложности почти 33 килограмма радиоактивного плутония. Более половины стартового веса Кассини занимало топливо. К Кассини прикреплён зонд Гюйгенс, предназначенный для посадки на Титан. Он также предназначен для фотографирования поверхности Титана.
Полёт Кассини
Старт Кассини состоялся 15 октября 1997 года. Чтобы вывести его в космос была использована американская ракета Титан 4Б. Но интересен тот факт, что при выводе аппарата в космос, он был направлен вовсе не в сторону Сатурна, а скорее в сторону Венеры. Всё дело в том, что было решено воспользоваться гравитационными манёврами, т.е. воспользоваться гравитационным полем планет. Таким образом в 1998 и 1999 годах Кассини обернулся вокруг Венеры, в августе 1999 года прошёл около Земли со скоростью 69000км/ч, зимой 2000 года пролетел мимо Юпитера, передав на Землю его фотографии. В январе 2004 года специалисты начали активизировать аппаратура Кассини. Ещё при подлёте к Сатурну аппарат пролетел в 2068км от одного из его спутников Фебы.
Снимки этого странного спутника переданные на Землю оказались сенсационными. Перед глазами учёных предстал астероид неправильной формы, усеянный кратерами. При рассмотрении кратеров на некоторых из них были обнаружены слои какого то белого вещества. Предполагали что это лёд.
Для того чтобы наконец оказаться на орбите Сатурна Кассини выполнил манёвр торможения. Это манёвр был очень важным и существенным расчётом, который заранее был помещён в компьютер аппарата. День 1 июля 2004 наступил. В 2:11 по Гринвичу Кассини прошёл восходящий узел траектории и преодолел плоскость колец Сатyрна. Через 24 минуты включился один из двух тормозных двигателей. Он работал 97 минут, за это время Кассини прошёл самую низкую точку над облаками Сатурна (20000км до облаков). Для исследования помимо Фебы были запланированы ещё 8 спутников: Мимас, Диона, Гиперион, Тефия, Рея, Энцелад и Титан, который стал главным объектом исследования среди спутников Сатурна.
Безусловно за 4 года миссии также будет изучаться и сам Сатурн, ведь он хранит ещё множество загадок. Кольца Сатурна тоже тщательно изучаются. Учёные хотят узнать их состав, гравитационный и электромагнитный эффект. Огромное внимание будет уделено атмосфере планеты. Эта планета обладает наименьшей плотностью среди планет Солнечной системы. Вообще проект изучения рассчитан на 4 года, но энергии Кассини хватит ещё на 200 лет, так что возможно он ещё не раз сможет вернуться к Титану и другим спутникам. У учёных была идея, потом отправить аппарат в сторону пояса Койпера, но скорее всего они этого не сделают, т.к. и Сатурн и его спутники хранят ещё очень много тайн.
ТАСС-ДОСЬЕ. 16 августа 2017 года автоматическая межпланетная станция Cassini, которая с июля 2004 года вела исследования Сатурна, завершила свою миссию и начала спуск в атмосферу планеты.
Станция прекратит существование, предположительно, 15 сентября 2017 года Cassini - единственный космический аппарат, который исследовал Сатурн с его орбиты.
В 1979 году рядом с Сатурном пролетел американский аппарат Pioneer 11 - он прошел на расстоянии около 20 тыс. км от поверхности планеты. Первые детальные снимки Сатурна были получены с американских аппаратов Voyager 1 в 1980 году и Voyager 2 в 1981 году.
Проект Cassini
Основной целью проекта Cassini было исследование Сатурна и его спутника Титана, а также доставка на Титан спускаемого зонда Huygens.
Станция названа в честь итальянского и французского астронома Джованни Кассини, зонд - в честь нидерландского физика, математика и астронома Христиана Гюйгенса.
Это совместный проект американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), Европейского космического агентства (EKA), Итальянского космического агентства, а также ряда европейских академических организаций. Всего в программе было задействовано около 260 ученых из 17 стран мира. Спускаемый зонд был создан ЕКА, агрегатный отсек станции изготовлен специалистами фирмы Lockheed Martin. Управление полетом осуществляло подразделение NASA - Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL).
Характеристики автоматической станции
Габариты станции: высота - 6,7 м, ширина - 4 м. Стартовая масса - 5,71 т, в тjv числе зонд Huygens (320 кг), научные приборы (336 кг) и топливо (3,13 т).
Источник энергии - радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые были предоставлены Минобороны США. РИТЭГ использует топливо на основе радиоактивного плутония-238. На борту Cassini 12 научных инструментов: масс-спектрометр ионов и нейтральных частиц, ультрафиолетовый радар (для построения подробных карт поверхности Титана и других спутников Сатурна), магнитометр и др.
Запуск и полет
Cassini была запущена 15 октября 1997 года с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) ракетой-носителем Titan IV-B с разгонным блоком Centaur.
В ходе полета она совершила четыре гравитационных маневра: два раза пролетела рядом с Венерой (1998, 1999), по одному разу - с Землей (1999) и Юпитером (2000).
Цели своего путешествия - Сатурна - станция достигла 30 июня 2004 года, став искусственным спутником этой планеты. Зонд был спущен на Титан 14 января 2005 года.
После выполнения основной программы миссия Cassini была продлена: сначала - до 2010 года, затем - до 2017 года. Всего на 16 августа 2017 года Cassini находилась в полете 19 лет 10 месяцев один день, из них 13 лет один месяц 15 дней она вела исследования Сатурна и его спутников.
Итоги миссии
В 2004 году с помощью Cassini были открыты три новых спутника Сатурна, получившие названия Мефона, Паллена и Полидевк. В 2005 году был получен снимок Дафниса - одного из трех спутников планеты, орбита которых проходит внутри колец. В апреле 2017 года обнаружены свидетельства гидротермальной активности на Энцеладе, что указывает на возможность существования жизни в подледном океане этого спутника Сатурна. 26 апреля станция впервые совершила пролет между Сатурном и его кольцами. В ходе маневра она прошла в 3 тыс. км от верхних слоев облаков планеты и в 300 км от внутреннего края колец. Cassini отсняла около 67% поверхности Титана. В заключительной части миссии Cassini будет использована для получения дополнительных сведений об атмосфере Сатурна.
Решение управляемым образом свести Cassini с орбиты Сатурна было принято в связи с тем, что запасы ракетного топлива на исходе и автоматическая станция вскоре может перейти в неконтролируемый полет.
Последние 13 лет космический аппарат «Кассини» безмолвно менял наше понимание Солнечной системы. Миссия «Кассини» - совместный проект американского аэрокосмического агентства NASA и Европейского космического агентства стоимостью 3,62 миллиарда долларов – заключалась в изучении газового гиганта Сатурна и его многочисленных лун. Но уже завтра эта миссия подойдет к своему в буквальном смысле пылающему концу. В пятницу, в 7:55 по восточному времени Земля перестанет получать данные от «Кассини», так как аппарат со скоростью метеора упадет в атмосферу Сатурна и будет целенаправленно уничтожен. К этому моменту астрономы готовились многие годы.
Все инструменты космического аппарата по-прежнему отлично работают, однако продолжительная миссия израсходовала практически все топливо, необходимое для коррекции орбитальной траектории движения зонда вокруг Сатурна. Но вместо того, чтобы просто позволить аппарату выйти из-под контроля и, возможно, разбиться где-нибудь еще, команда управления миссией запрограммировала компьютер зонда на вхождение в атмосферу Сатурна, чтобы уберечь спутники планеты и любые вероятные формы жизни, находящиеся на них.
Несмотря на все заслуги этого космического аппарата, «Кассини», если можно так выразиться, всегда был аутсайдером. Его миссия не была такой яркой, как миссия аппарата «Новые горизонты», пролетевшего мимо Плутона, или любой другой миссии, связанной с Марсом, куда за пару последних десятилетий американское агентство отправило не один посадочный модуль и ровер. Темы, связанные с миссией возле Сатурна, редко составляли главные заголовки новостей. Однако отсутствие хайпа никоим образом не снизило градус научной важности открытий, которые совершил «Кассини».
Если отбросить формальности, то началась она 15 октября 1997 года, когда на борту ракеты-носителя Titan IVB/Centaur «Кассини» был выведен на орбиту Земли. Запуск был совместным – ракета-носитель выводила также на орбиту и зонд «Гюйгенс», построенный Европейским космическим агентством. Этот аппарат был разработан для высадки на крупнейший спутник Сатурна Титан, откуда он смог бы передавать научные данные исследователям на Землю.
Запуск происходил не без эксцессов. Были люди, протестовавшие против запуска «Кассини» из-за опасения загрязнения среды плутониевым топливом, на основе которого работает космический аппарат. Перед отправкой «Кассини» физик Мичио Каку заявил, что если запуск окажется неудачным и произойдет взрыв ракеты, то радиоактивный материал осыплется дождем на людей, находящихся возле стартового комплекса. Агентство NASA и правительственные структуры поспешили уверить всех в том, что такая ситуация просто невозможна. К счастью, в конечном итоге запуск действительно прошел без каких-либо проблем.
Два космических аппарата прибыли к Сатурну спустя 7 лет с момента их запуска со стартового комплекса на мысе Канаверал. «Гюйгенс» высадился на Титан 14 января 2005 года. С тех пор «Кассини» совершил множество орбитальных оборотов вокруг планеты и ее спутников. Благодаря ему мы получили возможность по-новому взглянуть на эту систему, разобраться в особенности колец планеты.
Спутники
Начиная от громадного Титана и заканчивая крошечной луной Дафнис – наблюдения «Кассини» позволили узнать много нового о спутниках этой гигантской кольцевой планеты. Сатурн и его спутники в буквальном смысле можно рассматриваться как Солнечную систему в миниатюре.
Эпиметей
Елена
Гиперион
Мимас, спутник, похожий на «Звезду смерти»
Пандора
Титан и Тефия (на переднем плане)
Дафнис, создающий волны внутри колец Сатурна
Пан (похожий на пельмень)
Пять самых интересных открытий «Кассини»
Сложно перечислить весь вклад в планетарную науку, который внес «Кассини» за 13 лет своей миссии, но совсем несложно понять, как много эта миссия значит для ученых на Земле. Ниже будут представлены всего несколько самых важных открытий, совершенных этим зондом более чем за десятилетний срок его работы.
Гейзеры на Энцеладе
«Кассини» не только заметил, но и пролетел сквозь выбросы жидкой воды, выстреливаемой в космос из подповерхностного океана Энцелада. Открытие оказалось удивительным. Океан спутника, вполне возможно, имеет правильный химический состав, необходимый для жизни, что делает его одной из самых желанных целей для поиска внеземной жизни внутри Солнечной системы.
«Землеподобная» среда Титана
Наблюдая за Титаном, мы смогли узнать больше о себе. Исследование одного из самых больших спутников Сатурна открыло для нас сложный мир озер из жидкого метана и дюн из углеводородов. Для неподготовленного наблюдателя Титан может показаться похожим на Землю, но это явно чужая планета, представляющая собой идеальный пример разнообразия среди планетарных тел.
Множество спутников Сатурна
До момента отправки «Кассини» к Сатурну в 1997 году ученым было известно лишь о существовании 18 спутников, оборачивающихся вокруг кольцевого гиганта. Пока космический аппарат в течение семи лет двигался к этой планете, исследователи открыли еще 13 спутников. Однако сегодня, благодаря «Кассини», мы смогли выяснить, что Сатурн является «папой» аж 53 спутников.
Гексагональный шторм Сатурна
За время своей работы «Кассини» удалось получить по-настоящему впечатляющие изображения Сатурна, но, возможно, самыми впечатляющими и одновременно уникальными являются фотографии полюсов планеты. Нам удалось в деталях рассмотреть шестиугольный поток атмосферных течений, окружающих мощный шторм, бушующий на северном полюсе Сатурна. Согласно NASA, площадь этого урагана в 50 раз больше, чем площадь среднестатистического урагана на Земле.
Пустое место между кольцами Сатурна
Перед кульминацией миссии «Кассини» занял положение между кольцами планеты и самим Сатурном. И как выяснилось, здесь невероятно спокойно. Вместо ожидаемых пылевых завихрений, мечущихся между планетой и кольцами, «Кассини» в рамках своих последних орбитальных облетов обнаружил абсолютно пустое пространство.
Миссия, по которой будут скучать
Хотя, как уже отмечалось выше, миссия «Кассини» была не такой яркой, как марсианские, она оказалась очень полезной для современной астрономии. Каждый месяц зонд отправлял на Землю по-настоящему уникальные, ранее невиданные изображения и новые научные данные. Многие начинающие астрономы построили свои карьеры на базе этих данных.
Завершение миссии станет настоящей потерей для научного и околонаучного сообщества. Особенно на фоне того, что, помимо зонда, который займется изучением спутника Юпитера Европы, у NASA и других космических агентств нет планов, по крайней мере в видимом будущем, продолжать изучение горизонтов удаленных миров Солнечной системы вроде Сатурна, Нептуна и Урана.
Москва. 15 сентября. сайт - В пятницу в 14:54 по московскому времени завершилась почти 20-летняя миссия космического зонда "Кассини". После нескольких завершающих облетов межпланетную станцию направили в атмосферу Сатурна, в плотных слоях которого она сгорела.
Зонд передавал данные об атмосфере второй по размеру планеты Солнечной системы до самого своего конца. Собранной информации хватит на многие годы исследований: аппарат за свою жизнь передал на Землю 453 048 фотографий, это 635 Гб научных данных. Все новые снимки, сделанные "Кассини", представлены на специальной странице сайта NASA. Общая стоимость проекта составила $3,9 млрд.
У показавшей завидное долголетие и выносливость станции "Кассини" солидный послужной список: 293 оборота вокруг Сатурна, из них 162 прохода возле его спутников, 7 открытых новых спутников планеты: Мефона, Полидевк, Паллена, Дафнис, Анфа, Эгеон и S/2009 S 1. Зонд обнаружил океан на шестом по размеру спутнике Сатурна -Энцеладе, а также океан, три моря и сотни малых озер на Титане.
Зонд был назван в честь итальянского астронома и инженера Джованно Кассини. Его миссия началась 15 октября 1997 года с запуска ракеты TitanIVB/Centaur. Она несла аппарат НАСА "Кассини" и прикрепленный к нему зонд Европейского космического агентства Гюйгенс, предназначенный для изучения Титана - крупнейшего спутника Сатурна.
В 2004 году "Кассини" долетел до газового гиганта и разделился с Гюйгенсом - тот направился в сторону Титана. Миссия Гюйгенса продлилась до 14 января 2005 года и завершилась через час после посадки на Титан, однако и он за это сравнительно небольшое время сделал немало открытий.
В задачи "Кассини" входило изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна.
9 октября 2008 года "Кассини" заставили сделать самый опасный маневр - пролететь на скорости в 17,7 км/с в 25 км от Энцелада. Это было необходимо для того, чтобы сделать анализ состава водяного пара его гейзеров.
За все время миссии зонд совершил 23 пролета Энцелада. В десяти из них аппарат приближался на расстояние меньше 100 км. Он установил, что подповерхностный океан спутника малопригоден для земных форм жизни, однако в выделениях гейзеров обнаружил химические элементы, которые могут свидетельствовать об образовании под поверхностью спутника органических веществ.
Миссия зонда неоднократно продлевалась - сначала после завершения основной миссии в 2008 году, и еще раз - в 2010 году. Однако ресурс аппарата все-таки подошел к концу, на нем почти закончились запасы топлива. 4 апреля 2017 года было объявлено о завершении миссии 15 сентября 2017 года.
Ученые посчитали, что в случае падения аппарата на Энцелад на спутник могут попасть земные бактерии. Поэтому было принято решение направить "Кассини" к Сатурну.
Финальная миссия зонда получила название Grand Finale ("Большой финал"). Она представляет собой управляемое падение в атмосферу планеты после нескольких завершающих облетов. За это время станция шла по спиралеобразной траектории и сделала 22 "нырка" в 2000-километровом пространстве между поверхностью планеты и ее кольцами.
Свои последние снимки зонд сделал за несколько часов до вхождения в атмосферу. При сближении с планетой развернутая в сторону Земли антенна станции передавала собранные спектрометрами данные об атмосфере Сатурна. В результате финальной миссии ученым достанется большое количество информации о самой планете и системе ее колец.
